石墨烯力、热学性能的分子动力学研究

摘要

石墨烯是2004年由英国科学家首先制备发现的新型低维碳材料，是由单层碳原子通过共价键结合而成的具有规则六方对称的理想二维晶体，被认为是0维富勒烯（C60）、一维碳纳米管（CNT）、三维石墨的基本结构单元，其厚度只有0.335纳米。本文首先通过对单层和多层石墨烯的驰豫性能进行分子动力学模拟，考查了石墨烯在自然状态下的本质结构特征，从而揭示了二维石墨烯晶体结构能稳定存在的原因。其次建立分子动力学模型，分别对石墨烯的单向拉伸过程和纳米压痕试验进行了模拟，研究了石墨烯薄膜的力学性能包括抗拉强度、杨氏模量、应力应变曲线、以及变形破坏机制等。同时，对石墨烯拉伸力学性能的温度相关性、以及应变率相关性进行了研究。最后，对石墨烯薄膜的热学性能如导热系数亦通过分子动力学模拟进行了研究。