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《2018年全国固体力学学术会议摘要集(上)》2018年
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通过缺陷设计实现石墨烯的自发卷起和组装

王莹  刘子顺  
【摘要】:石墨烯是一种具有蜂窝状晶格结构的二维材料,它具有超高的强度、刚度以及优异的电学、热学和光学等性质,因而在很多领域都拥有潜在应用前景。然而,在现有的技术条件下,工业化制备出的石墨烯都不可避免的会含有缺陷。如果能够通过研究缺陷对石墨烯性能的影响,了解其中的原理和机制并加以利用,就能以目前的技术开展石墨烯工业化应用的研究,这将会大大推动石墨烯的发展。inverseStone-Wales(ISW)缺陷是石墨烯的典型缺陷,能够在石墨烯片中引起局部凸起和变形。在本研究中,我们利用分子动力学方法研究了ISW缺陷对石墨烯力学性能的影响及其引起的自发卷曲与组装。当无限大的带缺陷石墨烯被切割成小尺寸时,其上有序分布的ISW缺陷将诱导石墨烯片自发地卷起。当剪裁长度大于上阈值长度时,石墨烯卷曲后呈现出一维结构,即心形纳米管。对于中等长度的石墨烯(长度介于下阈值和上阈值之间),结果表明石墨烯最终卷曲成完全或不完全缝合的纳米管。这种自发过程是由高频阻尼振动引起的,伴随着缺陷石墨烯的弹性和粘弹性变形。因此,进一步研究了长度低于下阈值的石墨烯的振动特性。这种石墨烯将逐渐形成一个弯曲的纳米带。最后,研究还发现缺陷石墨烯的弯曲刚度大于无缺陷石墨烯的弯曲刚度。

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