单层石墨烯温度效应的分子动力学模拟

在不同温度条件（0 K-3000K）下,采用AIREBO势函数对单层石墨烯薄膜的弛豫性能和拉伸性能进行分子动力学模拟,研究单层石墨烯在弛豫过程中温度效应对其原子结构的影响以及单层石墨烯在拉伸过程中力学性能与温度效应的关系.研究结果表明：单层石墨烯的弛豫性能和拉伸性能均对温度具有很强的依赖性.理想状态下,单层石墨烯的弛豫是一个原子结构的动态平衡过程,随着温度升高,石墨烯稳定性降低,弛豫过程中原子的波动起伏变得不规则和剧烈起来.在温度从0K上升到3000K的过程中,单层石墨烯的拉伸强度、拉伸极限应变和弹性模量值均呈现下降趋势,且锯齿型石墨烯的弹性模量对温度的依赖程度比扶手椅型大,薄膜的拉伸随温度变化表现出不同的破坏形态.     

温度对石墨烯条带拉伸力学性能影响的模拟研究

利用分子动力学模拟,分析了单层石墨烯条带在热力学温度[1K,800K]范围内拉伸力学性能对条带手性,宽度及模拟温度的依赖性.结果表明,相同条件下锯齿型石墨烯条带较扶手椅型石墨烯条带具有更大的弹性模量及拉伸强度;条带宽度的增加对弹性模量有较小影响,但拉伸强度随宽度的增加有明显变化;石墨烯条带拉伸强度随温度的升高而减小,均匀变温模拟条件下拉伸强度较室温恒温模拟结果有所变化,且温度变化率是影响拉伸强度的因之一.     

石墨烯薄膜拉伸性能的分子动力学模拟

通过分子动力学模拟,对单层和多层石墨烯薄膜在两个方向上的拉伸力学性能进行了研究,得到了相应的应力-应变关系以及拉伸破坏形态.对单层石墨烯薄膜,研究了薄膜尺寸对其拉伸性能的影响;对多层石墨烯薄膜,研究了薄膜尺寸相同时层数对其拉伸性能的影响.结果表明:单层石墨烯薄膜两个方向的弹性模量分别为1078.02GPa(扶手椅型)和1041.53GPa(锯齿型);在拉伸线弹性变形阶段,单层石墨烯薄膜是各向同性的,且薄膜尺寸变化对单层石墨烯薄膜拉伸性能的影响不大;多层石墨烯薄膜在拉伸过程中的应力-应变关系与单层石墨烯薄膜类似,且在拉伸线弹性变形阶段表现出比单层石墨烯薄膜更为明显的各向同性;扶手椅型石墨烯薄膜的破坏从一侧边缘开始,并沿45°方向向薄膜内部延伸,锯齿型石墨烯薄膜的破坏从两侧边缘开始,对称地向内部延伸.     

石墨烯拉伸力学性能温度相关性的数值模拟

采用Tersoff势对扶手椅型(Armchair)和锯齿型(Zigzag)单层石墨烯薄膜在不同热力学温度下(0～3 000 K)的单向拉伸力学性能进行了分子动力学模拟,预测了石墨烯薄膜拉伸力学性能对温度的依赖性,并比较了不同温度条件下相同几何尺寸的扶手椅型和锯齿型单层石墨烯薄膜拉伸力学性能的差异.结果表明:石墨烯薄膜的拉伸力学性能和变形机制对温度有强烈的依赖性,2种不同手性的单层石墨烯薄膜的杨氏模量、抗拉强度、拉伸极限应变均随温度的升高而显著减小.石墨烯薄膜力学性能的各向异性也受温度的影响,当温度低于600 K时,扶手椅型石墨烯薄膜的力学性能优于锯齿型的;但当温度超过600 K时,特别是高温时,扶手椅型薄膜的力学性能的优势逐渐减弱,甚至低于锯齿型的.     

石墨烯薄膜对GCr15轴承钢表面导热特性的影响

目的 研究石墨烯附着GCr15轴承钢热导率,并探究石墨烯附着层对GCr15轴承钢表面热传导的影响.方法 应用分子动力学模拟和热导率实验两种方法分别测试298 K、356 K、414 K、473 K、532 K温度下附着试件的热导率.摩擦实验中,调整石墨烯附着面积并且观察测点温度以及摩擦系数,测定石墨烯附着层对试件表面热...     

碳纳米管高温热形变的研究

使用分子动力学方法对单壁碳纳米管高温下的结构进行了计算机模拟 .对直径为 1.35nm、长度为 2 .34nm、拓扑结构为扶手椅形式 (10× 10 )的单壁碳纳米管进行了分子动力学模拟 ,模拟结果表明 ,碳纳米管开头端由于能量弛豫过程 ,直径比内部略大 ,在温度逐渐升高之后 ,构成纳米管的碳原子逐渐偏离晶格位置 ,碳纳米管至少在 30 0 0K之下结构是稳定的 .     

缺陷对单层碳纳米管轴压屈曲性能的影响

采用分子动力学方法,分别对含单、双原子空位缺陷的扶手椅形单层碳纳米管及其完善结构进行轴向压缩的数值模拟,对比两种长度纳米管在不同温度下的承载性能.模拟结果表明:温度越低、碳纳米管越长,完善纳米管屈曲强度的温度依赖性越显著;管壁缺陷显著降低了单层碳纳米管的承载能力,而且含缺陷碳纳米管的屈曲性能对温度变化并不敏感.     

金刚石单空位的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了金刚石中单空位的最近邻原子和次近邻原子的弛豫过程,计算所用的碳原子间相互作用势为Tersoff多体经验势.结果表明,单空位的最近邻原子是向外弛豫的,平均弛豫幅度约为2×10     

原子空位缺陷对扶手椅形单层碳纳米管轴压屈曲性能的影响

采用分子动力学方法,分别对含单、双原子空位缺陷的扶手椅形单层碳纳米管及其完善结构进行轴向压缩的数值模拟,对比两种长度纳米管在不同温度条件下的承载性能.模拟结果表明,温度越低、碳纳米管的长度越长,完善纳米管屈曲强度的温度依赖性越显著.管壁缺陷显著降低了纳米管的承载能力,而且含缺陷碳纳米管的屈曲性能对温度变化并不敏感.     

［111］晶向银纳米杆结构稳定性的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,以超细［111］晶向银纳米杆为研究对象,基于Finnis-Sinclair型多体势,模拟研究了纳米杆在不同温度弛豫过程中的动态平衡变化过程,分析研究了弛豫后银纳米杆的稳态结构变化、平均势能的变化及其在不同时刻结构的演变过程。结果表明温度对［111］晶向银纳米杆结构稳定性将产生重大影响,［111］晶向银纳米杆存在一临界失稳温度,当温度小于临界失稳温度时,体系保持完好线状晶态,当温度大于临界失稳温度小于熔点时,体系坍塌熔化后发生重结晶,截面面积增大,长度明显缩短,随温度增加此特征更加显著,接近熔点时,体系形成由(111)和(100)面围成的多面体且势能最低;当温度大于熔点时,体系变成高度无序的球状团簇。     

纳米通道内石墨烯基传热的非平衡分子动力学研究

石墨烯具有高热导率的特点,在传热领域有较好的应用前景,石墨烯导热理论及其应用研究具有重要意义.文中利用分子动力学方法,研究了石墨烯在固液界面间的传热规律,并探究了不同壁面温度下,石墨烯传热层对固液界面热阻及流动特性的影响.结果表明,在静态流体中,单层石墨烯传热层会显著降低固液界面温度阶跃和界面热阻,壁面温度越高,石墨烯...     

不同缺陷类型的双层石墨烯旋转摩擦特性研究

针对缺陷石墨烯层间旋转摩擦的相关理论研究的不足,本文采用分子动力学模拟方法,构建双层石墨烯旋转摩擦的原子模型,研究缺陷类型和浓度、尺寸效应及石墨烯堆叠方式等因素对其层间旋转摩擦特性的影响,最后探讨应变工程的减摩效应。结果表明：缺陷类型和堆叠方式对其旋转摩擦特性的影响较为显著,缺陷类型的影响程度最高。当对底层石墨烯引入拉伸应变后,其旋转摩擦阻力发生衰减,并且单空位缺陷与无缺陷模型的力矩递减趋势最为相似。最后对比研究底层石墨烯的压缩应变,发现其在一定范围内使得层间摩擦增大,上述研究进一步完善了缺陷石墨烯层间旋转摩擦特性理论。     

单层石墨烯薄膜拉伸破坏应变率相关性的分子动力学研究

采用Tersoff势对扶手椅型（Armchair）和锯齿型（Zigzag）单层石墨烯薄膜在不同应变率条件下的零温单向拉伸破坏过程进行了分子动力学模拟,预测了石墨烯薄膜拉伸破坏的应变率效应.结果表明,石墨烯薄膜的拉伸力学性能具有应变率相关性.当应变率低于5×10^9s^-1时,两种不同手性的单层石墨烯薄膜的拉伸过程经历了一次强化阶段,杨氏模量均随应变率的增大而减小,抗拉强度对应变率不敏感;当应变率高于5×10^9s^-1时,拉伸过程经历了二次强化,尤其锯齿型的,杨氏模量、抗拉强度和对应的拉伸应变均随应变率的增大而显著增大.在不同的应变率下,石墨烯薄膜具有不同的拉伸破坏变形机制.在低应变率下,石墨烯沿主断裂带断裂破坏,而在高应变率下,形成了缺陷簇,具有非晶化特征.     

FeO熔化曲线的分子动力学模拟

利用壳层模型分子动力学方法,研究了高温高压条件下FeO的熔化温度,同时还计算了温度在300K及压强上升到140 GPa时FeO的状态方程.作者在研究中,考虑了分子动力学模拟熔化存在的过热现象,通过晶体的现代熔化理论,对FeO的分子动力学模拟熔化温度进行了修正,获得了高温高压下FeO正确的熔化温度.因此,为常压下利用壳层模型分子动力学研究物质熔化提供了一种较好的方法,该方法亦可进一步推广应用到其它物质的高压熔化研究工作.     

NaCl状态方程的分子动力学模拟

利用在分子动力学中引入壳层模型方法，模拟了高温高压下NaCl的状态方程．在压强上升到300kbar的广泛温度范围内，分子动力学模拟的状态方程和实验值吻合的很好，同时也进一步研究了温度300K压强上升到300kbar时NaCl的体积压缩率．     

超薄氩膜热传导的分子动力学模拟

采用基于经典理论的平衡态分子动力学(EMD))方法，在无量子化修正的条件下，计算了固态氩(Ar)在低于其Debye温度(92K)下的导热系数．温度在20K以上时，模拟结果和实验值吻合较好，说明固态Ar的量子化效应对其热传导性能影响不大，温度低于20K时，由于模拟区域对长波声子的裁剪作用使得模拟结果比实验值低．在此基础上，使用经典分子动力学基于三向、两向周期性边界条件的各向异性非平衡态薄膜模型，模拟了超薄Ar膜在40K的导热系数，2种模型给出了具有相同变化趋势的薄膜热传导特性曲线，即：随着膜厚的增加，导热系数增大，且模拟结果同模拟区域横截面大小无关．在相同条件下，2种模型得到的氩膜导热系数相差10％左右．     

用第一性原理计算硅单空位缺陷

采用分子动力学模型及共轭梯度,并在局域密度挖下,用密度泛函的方法从头计算了硅单晶的晶格常数、单空位缺陷能等。计算结果表明,在硅单晶中,单空位邻近的硅原子会发一弛豫,使对称性下降;两个单空位有可能形成一个双空位。     

分子动力学模拟裂纹扩展及相关尺寸行为

运用分子动力学模拟方法研究原子弛豫对于裂尖场的影响,发现弛豫后裂尖离散非线性区半径约为150(A);如果原子区大于这一尺寸,连续介质力学的弹性场可以通过边界条件,有效影响原子尺度的裂尖行为.进一步研究表明:体心立方铁中,张开型裂纹在低温时为脆性解理扩展,并伴随裂尖层错和孪晶的形成;随着温度升高,裂尖层错和孪晶的形成逐渐减弱,在250 K左右发生脆韧转变;同时观察到裂尖位错发射.     

含中心裂纹石墨烯拉伸性能的分子动力学模拟

基于分子动力学方法,采用Tersoff势函数,研究了含中心裂纹扶手椅型单层石墨烯薄膜的破坏过程.得到了相应的应力-应变曲线及破坏形态,分析了裂纹尺寸、应变率以及温度变化对含中心裂纹石墨烯薄膜拉伸力学性能的影响.研究结果表明:随着裂纹尺寸的增大及温度的升高,石墨烯薄膜的破坏强度和破坏应变均减小,裂纹开始扩展时对应的应力减小;随着应变率增大,石墨烯薄膜的破坏强度和破坏应变均增加,裂纹的起裂应力及扩展过程中的平均速度均增加;薄膜的破坏均是从中心裂纹附近开始,随着裂纹尺寸、应变率及温度的变化,石墨烯薄膜表现出不同的破坏机制;较高应变率作用下,薄膜中心和边缘处均出现C—C键断裂.     

低温保护剂玻璃态性质的极化分子力场模拟研究

二甲基亚砜水溶液作为常用的低温组织保护剂,其玻璃化转变的微观机理和玻璃态性质备受关注,但缺乏微观分子层面的认识.利用极化分子力场和模拟淬火方法研究二甲基亚砜水溶液体系玻璃转化性质,模拟得到的玻璃转化温度与实验符合较好;同时,利用统计力学方法对体系的结构、热力学性质、动力学性质和单分子行为随温度演化规律进行了研究.结果表明,玻璃态下分子呈现多尺度平动和转动弛豫过程,相邻分子间的结构弛豫过程存在较强的耦合性.