硅氮硼原子掺杂对石墨烯力学性能的影响

摘要

石墨烯面内的缺陷及原子掺杂或吸附对石墨烯力学性能有着重要的影响,本文采用分子动力学方法分别研究了完美的石墨烯和含典型原子掺杂(硅、氮、硼)的石墨烯的力学性能和变形行为,着重对比研究了硅、氮、硼三种不同掺杂原子随掺杂密度对石墨烯的力学性能参数和变形破坏机制的影响.研究结果显示,在所考虑的掺杂密度0~0.05范围内,硅掺杂、硼掺杂和氮掺杂均使石墨烯的杨氏模量随掺杂密度的增加而线性地降低;硅掺杂使石墨烯的抗拉强度、极限拉伸应变和吸收能随掺杂密度的增加单调降低,硼掺杂的影响幅度小于硅掺杂的影响,而氮掺杂基本没有影响.原子掺杂在一定程度上影响石墨烯的变形破坏机制.对于硅掺杂的石墨烯,新的缺陷的出现在薄膜内部掺杂原子附近,缺陷出现后,附近的原子健最先断裂,在拉伸载荷继续作用下,原子健逐渐断裂,形成断裂带破坏.而对于硼和氮掺杂的石墨烯,与完美的石墨烯类似,新的缺陷却产生在薄膜的边缘附近.