手性石墨烯薄膜拉伸力学性能分子动力学研究

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1、第38卷笫5期2014年10月手性石墨烯薄膜拉伸力学性能分子动力学研究赵晓西1,2,李永池1(1-屮国科学技术大学近代力学系，安徽合肥2300262郑州大学水利与环境学院，河南郑州450001)摘要:基于分子动力学方法，用Tersoff势函数描述碳原子性质，研究了手性取向对石墨烯薄膜拉伸力学性能的影响。通过构建不同手性的石墨烯薄膜模型，在周期性边界条件下采用NVT系综，以变形方式分別对不同手性的石墨烯薄膜施加均匀应变，模拟了拉伸变形条件卞手性石墨烯薄膜的破坏过程，得到了相应的应力一应变关系以及拉伸破坏形态。结果表明，不同的手性取向对石墨烯薄膜的杨氏模量影响不明显，拉伸强度随着手性角度的增大先

2、迅速减小再逐渐增大，其拉伸极限应变随着手性角度的增大整体呈减小趋势。关键词:手性石墨烯;拉伸力学性能；分子动力学中图分类号:TB332文章编号：1005一9830(2014)05一0690-05MoleculardynamicsimulationoftensilemechanicalpropertiesofchiralgraphenesheetZhaoXiaoxi1,2?liYongchi1(1*DepartmentofModemMechanics,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei230026,China;2*SchoolofWate

3、randEnvironmentalEngineering.ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,China)Abstract:ThetensilemechanicalpropertiesofgraphenesheetsindifferentchiralorientationsarcinvestigatedbasedonthemoleculardynamicsmethodwithTersoffpotentialThefailureprocessofchiralgraphenesheetsunderuniformtensiondeformationissimu

4、latedinthedeformmodewithapplyingtheperiodicboundaiyconditionsandtheNVTensemble*Thestress-strainrelationshipsandtensilefailuremodesofchiralgraphenesheetsareobtained'TheresultsshowthatthechiralangleofgraphenehaslittleeffectonitsYoungsmodulustensilestrengthisreducedquicklyatfirstandthenincreasedgradu

5、allywiththeincreaseofthechiralangleofgraphene,andtheultimatetensilestrainisreducedgraduallywiththeincreaseofthechiralangleofgrapheneKeywords:chiralgraphene;tensilemechanicalproperties;moleculai*dynamics英国曼彻斯特大学盖姆和诺沃肖罗夫于功⑴，引发了石墨烯的研究热潮。石墨烯是世2004年采用机械剥离法制备石墨烯获得成界上已知最薄的材料，其中每个碳原子通过o收稿日期：2013-06-06修回H期:

6、2013-09-17基金项冃：国家自然科学基金(51209101)作者简介：赵晓西(1972-)，女，讲师，博士生，主耍研究方向：计算力学与结构力学,E^ail:zhaox09@mail•ustc-edu•cn:xxzhaol68@zzueducn;通讯作者:李永池(1941-),男，教授，博士生导师，主要研究方向：材料及结构的动态本构关系，损伤和破坏规律等，E-mail：ycli@ustc-educn。引文格式:赵晓西，李永池手性石墨烯薄膜拉伸力学性能分子动力学研究M南京理工大学学报,2014,38(5):690-694-投稿网址：http：//zrxucbaonjustedu-cn碳-碳

7、键与其他3个碳原子相连，整体表现为蜂巢状的刚性平面结构使石墨烯薄膜具有极其优异的力学、热导和电子传导等性能，在纳米复合材料、纳米电子器件、能量储存等领域引起普遍关注匕一9］。完美几何边界条件的石墨烯薄膜儿乎无法获得，不同制备方法获得的石墨烯薄膜边缘会有一定的取向，从而形成手性结构，电子扫描隧道显微和光谱技术己为手性石墨烯的存在提供了有力证据［10<111°在石墨烯器件的实际应用方面，目前还难以实现石墨烯取向的