石墨烯导热及其受富勒烯轰击的分子动力学研究

摘要

本文采用分子动力学方法模拟石墨烯的热输运和C60轰击石墨烯的物理过程。现已分别模拟了由锯齿型和扶手椅型石墨烯组合成的超晶格以及这种超晶格改变形状后的热量传输、C60在气体环境中的运动以及C60轰击石墨烯的碰撞瞬间。研究了一些潜在的影响因素，例如环境温度、缺陷结构、气体粒子浓度、C60的角速度、C60的线速度、气体粒子类型等。进而讨论和验证石墨烯形状对其导热性的影响、马格努斯现象在微观尺度中的有效性和C60轰击石墨烯的瞬间动力学。
　　具体的研究结论主要包括两部分：
　　第一，本文设计了一些具有超低热导（121 Wm-1K-1）的石墨烯超晶格结构，与直条型石墨烯的声子谱对比可知，该种超晶格结构出现了更多的禁带。此外，本文也研究了不同超晶格结构的负微分热阻效应。
　　第二，本研究发现旋转C60分子的质心坐标的Y轴方向的分布受角速度、温度、气体粒子数量和气体粒子的种类等因素影响，因此本文提出了一种关于运动粒子在气体环境中手性分离的方法。此外，本文在研究石墨烯受C60轰击时发现，在任何温度下，富勒烯(C60)以较低的速度轰击是不能击穿石墨烯的。然而C60以高速轰击则可在任何温度击穿石墨烯。在低速率和高速率之间，可发现C60通过石墨烯的概率随着温度的增加而增大，原因是高温破坏碳碳键的概率高于低温。