通过缺陷设计实现石墨烯的自发卷起和组装
作者单位：西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室国际应用力学中心
会议名称：《2018年全国固体力学学术会议》
会议日期：2018年
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：水凝胶-软基底体系的相互作用机理研究(11820101001) 热-光-磁耦合刺激下形状记忆聚合物的变形机理研究(11572236)
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。