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⑧石墨烯力学土甀月匕的分子动力学研究申请同济大学工学博士学位论文培养单位:航空航天与力学学院一级学科:力学二级学科:固体力学t指导教师:贺鹏飞教授副指导教师:王博士炊ㄋ固嘏醮笱健Oo
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0学位论文版权使用授权书≯卯夕年鹿铡疛本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定,同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版,并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文:学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务;学校有权按有关规定向国家有提下,学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。年关部门或者机构送交论文的复印件和电子版;在不以赢利为目的的前经指导教师同意,本学位论文属于保密,在年解密后适用本授权书。指导教师签名:学位论文作者签名:月日
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摘要石墨烯,又称二维石墨,是继富勒烯和碳纳米管之后发现的又~种新型低维碳材料,被认为是具有战略意义的新材料,近年来迅速成为材料科学和凝聚态物理领域最为活跃的研究前沿。石墨烯被发现以后,理论推测和实验研究都证明其具有超高的强度、刚度以及特异的电学性质,在微纳米机电(MNEMS)墨烯的基本力学性能和变形机理有更深入的了解。由于石墨烯发现时间短,而且其结构独特,为原子厚度平面层状纳米材料,目前,有效的试验研究方法少,难度大,数值模拟方法成为相对更为有效的研究手段。本文采用分子动力学方法,对石墨烯的力学性能以及变形行为进行了研究。分子动力学方法通过原子间相互作用势,建立原子的牛顿运动方程,通过求解原子的运动轨迹获得石墨烯结构的变形行为。分子动力学方法可以通过计算机模拟再现石墨烯在各种真实环境中的动态变化过程,提供碳原子的运动及碳碳键的断裂等动态行为的相关细节,从而揭示石墨烯在外载作用下的微观变形机理。分子动力学方法对于研究石墨烯的力学性能及其温度和应变率相关性方面具有不可替代的优势。本文采用分子动力学方法分别研究了理想的完美无缺陷石墨烯和含典型原子缺陷石墨烯的力学性能和变形行为。由于石墨烯具有各向异性特性,本文分别对扶手椅型和锯齿型石墨烯进行了研究。对于完美无缺陷的石墨烯,研究了其在自然状态下的驰豫性能,着重研究了不同尺寸石墨烯的基本力学性能,得到了石墨烯的应力一应变演化关系,分析了石墨烯的拉伸破坏变形机制,重点研究了石墨烯拉伸力学性能的温度相关性和应变率相关性。通过对石墨烯的驰豫性能研究,发现石墨烯表面不完全平整,边缘处出现明显的波纹状褶皱。因此,对于有些学者采用的分子结构力学方法,由于没有考虑石墨烯不平整性的影响,所得到的结果的精度有待进一步研究。研究还发现石墨烯薄膜的拉伸力学性能对尺寸并不敏感,模拟得到石墨烯170200GPa1TPa薄膜边缘六角元胞首先转变为五角元胞形成缺陷,随着应变增大缺陷增多,碳
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