三模晶体相场法研究应变诱导石墨烯晶界位错演化

作     者：高丰 李欢庆 宋卓 赵宇宏 

作者机构：中北大学材料科学与工程学院 北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心 材料智能技术研究所辽宁材料实验室 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：国家自然科学基金项目(批准号:Nos.52074246、52275390、52205429和52201146) 国防基础科研项目(批准号:Nos.JCKY2020408B002) 山西省重点研发计划项目(批准号:No.202102050201011) 中央引导地方计划项目(批准号:Nos.YDZJSX-2022A025和YDZJSX2021A027)资助的课题 

主　　题：晶体相场方法 石墨烯 晶界 位错 

摘      要：晶界结构在石墨烯变形过程中的演变规律及作用机制对理解石墨烯变形行为具有重要意义。本文采用三模晶体相场模型，在原子尺度上深入研究了石墨烯小角对称倾侧晶界处位错在应变作用下的演化机理。研究发现：随着晶界角的增大，晶界位错密度降低，特定类型的位错（5|8|7位错和5|7位错）数量上升。在与晶界平行的应力加载下，晶界处位错因C-C键断裂或旋转，转化为5|7或5|9型位错，这是由于较大自由能的位错在拉伸下演化为小能量的位错，这有利于石墨烯性能的提高。拉伸载荷下，含不同角度晶界的体系自由能变化呈现相同趋势：初始下降至拐点后出现异常上升，位错行为不能有效缓解体系因持续加载造成的应力集中，导致失效。这项工作有助于从原子尺度理解石墨烯微观力学行为。