单层石墨烯薄膜拉伸变形的分子动力学模拟

采用Tersoff势对锯齿型(Zigzag)和扶手椅型(Armchair)单层石墨烯薄膜的单向拉伸力学性能进行了分子动力学模拟,得到薄膜应力-应变演化关系,初步研究了其拉伸破坏变形机制。模拟结果表明:驰豫后的二维石墨烯薄膜并非完美的平面结构,表面不完全平整,出现类似波纹状褶皱。模拟计算得到锯齿型和扶手椅型石墨烯薄膜的杨氏模量分别为1031.36GPa和1058.42GPa,与文献报道结果一致。石墨烯薄膜在拉伸载荷作用下,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-碳键逐渐断裂,最终导致薄膜破坏。     

大面积石墨烯薄膜的电沉积制备与性能调控研究

首先采用改性Hummers法制备了氧化石墨烯(GO)分子膜,然后通过电泳沉积(EPD)技术在Cu箔上电化学沉积了氧化石墨烯膜(EPD-GO),最后导入氢气气氛(800℃)下退火还原,得到大面积导电石墨烯薄膜(TRGE)。利用X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱、场发射扫描电镜(FESEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、四探针测试仪和电化学工作站分别研究了各阶段产物的物相、形貌、谱学、导电性和电容性能,证明了所制备的石墨烯薄膜具有良好的机械柔韧性和导电性能;同时,还对石墨烯薄膜的成膜及导电性能优化机理进行了探讨。     

石墨烯/Cu复合材料力学性能的分子动力学模拟

结合嵌入原子方法（EAM）、反应经验键序（REBO）作用势和Morse势函数,采用分子动力学方法研究了石墨烯/Cu复合材料的弹性性能和变形机制。分子动力学计算得到复合材料的弹性模量随石墨烯体积分数的增加而线性增加,这与Halpin-Tsai模型的预测趋势吻合。此外,石墨烯的加入同时也提供了复合材料的屈服强度。通过比较预制裂纹在单晶铜和石墨烯/Cu复合材料中的动态扩展,发现石墨烯的加入显著抑制了裂纹的扩展,材料的变形主要表现为沿石墨表面的滑移。石墨烯很大程度上提高了复合材料的塑性变形能力。     

功能化石墨烯/聚二甲基硅氧烷复合材料及其力学性能的分子动力学模拟

根据分子动力学模拟方法,采用ReaxFF势函数,模拟交联聚二甲基硅氧烷(PDMS)从功能化石墨烯(fG)脱离的过程.计算了拉伸过程中的相互作用能、极限应力、应变等,研究了3种功能基团修饰的石墨烯(羟基(-OH)、氨基(-NH2)、碳基(-CH3))对复合材料界面力学性能的影响.结果 表明,功能基团的不同对复合材料界面力...     

石墨烯与不锈钢微结构表面黏附行为的分子动力学模拟研究

石墨烯和不锈钢的黏附结合对石墨烯在不锈钢材料表面的应用有着重要的意义。不锈钢表面形貌会影响石墨烯的黏附行为,合理的微结构形貌和参数有利于石墨烯的黏附,提升不锈钢表面石墨烯的综合性能。本工作建立了矩形、波纹、半圆以及尖峰截面微结构不锈钢的分子动力学仿真模型,探究了微结构与石墨烯之间的黏附能以及竖直作用力,揭示了石墨烯在不锈钢表面的黏附机理。研究表明：石墨烯的黏附状态受微结构形貌和参数的影响。在仿真中微结构表面石墨烯处于完全黏附状态时,黏附能均达到最大值;在矩形和波纹截面微结构中,通过调节参数可以实现不同的石墨烯黏附状态;竖直作用力受到微结构形貌的影响显著,相同微结构形貌下不同黏附状态的石墨烯的竖直作用力相差很小;竖直作用力对石墨烯的约束贡献很小,水平作用力是保持石墨烯稳定黏附的主要因素。研究结果可为石墨烯在不锈钢表面的黏附应用提供理论指导。     

石墨烯取向影响石墨烯/硝酸盐复合材料传热性能的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学（NEMD）方法,以二元硝酸盐Solar salt（NaNO3和KNO3质量比为6∶4）为基体,石墨烯为填料,研究了石墨烯取向对石墨烯/硝酸盐复合材料界面热导的影响。研究发现,随着石墨烯平面与热流方向夹角的减小,体系热流密度升高、温差下降,界面热导从46.36 MW·m^-2·K^-1提升至80.03 MW·m^-2·K^-1。对复合材料中的原子振动态密度和微观结构进行表征,结果发现,随着石墨烯与热流夹角减小,界面处的热流从跨石墨烯平面运输转变为沿石墨烯平面的高效率运输,且加入石墨烯后硝酸盐会形成密度较大的致密层结构。同时,采用有效介质理论拟合了微观尺寸的石墨烯/硝酸盐复合材料热导率,结果表明,石墨烯平行于热流方向时复合材料热导率最高,且增加石墨烯体积分数及长度均有助于复合材料热导率的增强。     

石墨烯/铜复合材料剪切性能的分子动力学模拟

采用分子动力学方法系统地研究了石墨烯/铜复合材料的剪切力学性能,包括剪切弹性模量、剪切屈服强度、剪切破坏强度及剪切变形机制。研究发现,与单晶铜的剪切模拟相比较,石墨烯的加入显著增强了石墨烯/铜复合材料的剪切强度,并且剪切强度随着石墨烯体积分数的增大而提高。复合材料中的石墨烯层与铜层产生了协同作用,即石墨烯层阻碍了铜的位错扩展,铜层限制了石墨烯的结构屈曲。对含球形缺陷的石墨烯/铜复合材料的剪切性能也进行了研究。结果表明,不同位置和数量的球形小缺陷对复合材料的剪切性能影响不大,小缺陷石墨烯/铜复合材料仍具有较好的性能和使用价值。但随着缺陷直径的增大,复合材料的剪切强度明显减小。     

石墨烯薄膜的制备及其在电子材料中的应用

石墨烯是目前唯一存在的二维原子晶体材料,其优异的力学性能、高透光率、良好的导电性、优异的柔韧性以及化学稳定性使其在导电薄膜材料领域具有非常巨大的应用潜力。主要针对石墨烯薄膜的多种制备方法进行分析并对石墨烯薄膜在电子材料中的应用研究进展进行了综述,同时对其发展前景进行了展望。     

石墨烯/聚乙烯复合材料致密区间密度变化的分子动力学模拟

石墨烯增强复合材料的性能受到粘结界面,致密区间等多种因素的影响.如果没有考虑到这些因素的影响,在分析石墨烯增强复合材料时可能会导致错误的结果.本文采用分子动力学模拟的方法进行石墨烯/聚乙烯复合材料致密区间密度变化的分析.首先对聚乙烯晶胞进行分子动力学计算,得到的聚乙烯晶胞密度为0.95 g/cm3,与聚乙烯实际密度吻合...     

石墨烯基导热薄膜的研究进展

随着现代技术的发展,散热和导热已成为制约芯片器件小型化和大功率制造业发展的关键问题之一。由于传统的金属导热材料存在密度大和易氧化等问题,近年来以石墨烯基材料为代表的非金属碳基材料逐渐成为国内外的研究热点。本文综述了近年国内外石墨烯导热薄膜的制备方法及最新研究成果,分析讨论了热处理工艺、晶粒尺寸、薄膜密度及杂质原子和缺陷等对石墨烯导热薄膜性能的影响和物理机理,并对该领域的发展趋势进行了展望。     

氧化石墨烯吸附水体中酚类有机污染物的分子动力学模拟

研究采用分子动力学模拟(Molecular dynamics simulation, MD)的方法, 以苯酚、α-萘酚和4-辛基酚为代表, 研究了酚类有机污染物(Phenolic Organic Pollutants, POPs)在氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)上单独和竞争吸附过程。通过自由能计算得到三种POPs在GO表面的吸附能分别为: 4-辛基酚(41.34 kJ/mol)>α-萘酚(33.23 kJ/mol)>苯酚(19.31 kJ/mol)。吸附过程中的主要作用力为POPs的疏水作用, 而分子团簇、范德华相互作用、静电相互作用以及氢键等在一定程度上增加了GO对POPs的吸附能力。在混合体系中, POPs之间存在明显的竞争吸附现象, 吸附过程包含了直接吸附和形成分子团簇的间接性吸附两个过程。本研究结果为含POPs水体的治理以及GO材料的设计和筛选提供了一定的理论依据。     

Al—Cu薄膜结构对电子迁移的影响

通过实验了解Ａｌ－Ｃｕ固溶体多晶薄膜的析出效应。这种多晶薄膜的析出动力学对于大块的有衬底的Ａｌ－Ｃｕ薄膜和无衬底的单晶薄膜是不同的。用俄歇电子能谱在４５－７５ｅＶ能内测量的Ａｌ（ＬＶＶ）峰和Ｃｕ（Ｍ２，３ＶＶ）峰分别为６７．８ｅＶ和６０．０ｅＶ。     

低温热处理对氧化石墨烯薄膜的影响

采用Hummers法合成氧化石墨并在水中超声分散获得氧化石墨烯水溶胶,通过真空辅助自组装法使氧化石墨烯片定向流动组装制得氧化石墨烯薄膜.进一步对氧化石墨烯薄膜进行真空低温热处理,并以傅市叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等进行表征分析.结果表明:低温热处理使氧化石墨烯薄膜具有导电...     

改性石墨烯/介电弹性体的制备及传感性能

目的制备具有优异介电性能,可用于传感器的热塑性聚氨酯弹性体复合材料。方法使用十八烷基胺修饰氧化石墨烯片层,通过热处理工艺部分还原改性后的氧化石墨烯,利用溶液混合法将改性石墨烯分散到热塑性聚氨酯的基体中,通过絮凝-热压的方法成形,并测试其结构、介电性能及传感性能。结果十八烷基胺通过共价键的形式接枝到氧化石墨烯表面,X射线衍射表明,十八烷基胺通过表面接枝改性,增大了石墨烯片层的层间距。结论改性石墨烯填充的介电弹性体具有较高的介电常数和较低的介电损耗,且表现出良好的弯曲形变-介电敏感响应。     

还原氧化石墨烯基纳米银线透明导电薄膜研究进展

透明导电薄膜已广泛应用于印刷电子领域,传统的透明导电薄膜氧化铟锡（ITO）因其高脆性低柔韧性而不能满足高速发展的柔性电子行业;纳米银线（AgNWs）和石墨烯均具有良好光学性能、导电性能以及机械性能,使其能成为制备透明导电薄膜的理想材料。综述了近年来还原氧化石墨烯（rGO）基AgNWs透明导电薄膜的研究进展。介绍了柔性导电薄膜的关键参数及rGO/AgNWs透明导电薄膜的成膜工艺;归纳了影响rGO/AgNWs透明导电薄膜光电性能的主要因素和相关研究;阐述了rGO/AgNWs透明导电薄膜在印刷电子领域的应用现状,并展望了rGO/AgNWs透明导电薄膜的未来发展趋势。     

基于分子动力学方法模拟硅功能化石墨烯纳米压痕过程

基于分子动力学方法, 采用Tersoff势函数与Lennard-Jones势函数, 结合速度形式的Verlet算法, 首先对单层石墨烯薄膜的分子动力学模型进行了纳米压痕力学过程的模拟.通过模拟得到单层石墨烯薄膜的荷载-位移曲线, 并对其进行最小二乘法拟合, 得到了单层石墨烯薄膜的弹性模量和强度, 通过和已有研究结论进行对比, 验证了模型的有效性.最后建立了由双层石墨烯薄膜构成的硅功能化石墨烯分子动力学模型, 进行了纳米压痕力学过程的模拟.采用同样的计算方法和过程, 得到了硅碳比 (硅原子数与碳原子数之比) 为0.65%的双层硅功能化石墨烯材料的弹性模量和强度分别为0.98 TPa和247.33 GPa.     

分子动力学模拟在塑料材料中迁移研究现状

目的概述分子动力学模拟方法应用于小分子物质在食品塑料包装材料中迁移研究的应用进展。方法综合近20年国内外分子动力学模拟方法在小分子扩散行为的研究进展。结果采用分子动力学模拟方法不仅可以定性地描述小分子在食品塑料包装材料中的扩散行为,而且能模拟聚合物材料的一些结构与性能,分析影响小分子迁移行为的因素,确定小分子的扩散系数。结论分子动力学模拟方法在食品塑料包装材料迁移研究应用中仍存在许多尚未完善与尚未研究的部分,包括通过分子动力学模拟计算所得扩散系数与实验值、半经验公式计算值有差异,在复合膜中模拟应用较少等方面。     

氧化石墨烯的制备及电化学性质研究

采用改进Hummers法来制备氧化石墨烯;通过循环伏安法、单电位阶跃计时电流法、塔菲尔曲线研究分散在DMF中的氧化石墨烯在Pt电极上的电化学性质,研究表明氧化石墨烯在Pt电极上电化学反应是一步不可逆的反应,并且此过程是受扩散控制;通过循环伏安法求得电荷传递系数α为0.03348。通过塔菲尔曲线可计算得交换电流密度i0为1.007×10-4 A/cm2。氧化石墨烯在Pt电极上成核机理的研究表明,氧化石墨烯在Pt电极上是按三维模式扩散控制下连续成核的。     

电纺碳纳米纤维/石墨烯气凝胶薄膜的可控制备与电磁屏蔽性能研究

随着信息技术的迅猛发展,高功率电子设备包括卫星通信、宽带雷达、无线网络和便携式数字硬件等在医疗卫生、电子安全和国防安全领域广泛应用,电磁干扰、辐射污染以及信息泄露等问题则随之产生。目前,如何制备具有优异力学性能、电导率和电磁屏蔽性能的石墨烯基薄膜材料仍然是一个巨大的挑战。因此,本工作以氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)水溶液和电纺碱处理聚丙烯腈(Alkali-treated polyacrylonitrile, aPAN)纳米纤维为原料,通过水热还原和冷冻干燥得到气凝胶,进一步通过预氧化和高温退火处理获得碳纳米纤维增强的石墨烯气凝胶(GCA),并通过液压机压制得到石墨烯基气凝胶薄膜,系统研究了薄膜的电导率、电磁屏蔽和光热转化性能。结果表明,在加入碳纳米纤维后,GCA膜的电导率可以提升至20.5 S/cm。对于电磁屏蔽性能,可从73.7 dB(GA)增加到78.8 dB(GCA-10),且气凝胶膜的整体屏蔽效果可以达到99.999 995%以上。此外,该气凝胶膜还呈现出优异的光热转化性能,有望应用于光吸收和原油传输等领域。     

Al－Cu薄膜结构对电子迁移的影响

通过实验了解Ａｌ－Ｃｕ固溶体多晶薄膜的析出效应。这种多晶薄膜的析出动力学对于大块的有衬底的Ａｌ－Ｃｕ薄膜和无衬底的单晶薄膜是不同的。用俄歇电子能诺在４５～７５ｅＶ动能内测量的Ａｌ（ＬＶＶ）峰和Ｃｕ（Ｍ２，３ＶＶ）峰分别为６７．８ｅＶ和６０．０ｅＶ。