石墨烯納米帶與金屬納米線、納米顆粒相互作用的分子動力學研究.pdf

1、石墨烯是一種碳的同素異形體，由碳原子以六角型蜂巢晶格組成二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。2004年Novoselov和Geim首次從石墨晶體中剝離出了單層石墨烯，實現(xiàn)了二維晶體的制備。石墨烯擁有眾多新穎優(yōu)異的物理性質(zhì)，目前已經(jīng)在多個領(lǐng)域得到了實際應(yīng)用。然而，由于石墨烯表面波紋的存在，理論預(yù)測的性質(zhì)與實驗結(jié)果有很大的不同，對石墨烯的本征不穩(wěn)定性的系統(tǒng)研究是一個非常重要的課題。石墨烯與納米材料的相互作用及其相變條件和相變機制等關(guān)鍵問題的解決，關(guān)系到石墨稀基納

2、米器件的設(shè)計與應(yīng)用。本論文基于分子動力學理論，結(jié)合石墨烯的物理性質(zhì)及其本征不穩(wěn)定性，系統(tǒng)研究了石墨烯納米帶與金屬納米線、納米顆粒的相互作用。論文的主要研究內(nèi)容和成果包括:
　　(1)采用分子動力學方法，模擬并分析鐵納米線誘導(dǎo)石墨烯納米帶自卷曲形成石墨烯納米卷的行為及機制。鐵納米線能夠驅(qū)動石墨烯納米帶發(fā)生卷曲，形成類似單壁碳納米管的結(jié)構(gòu)。石墨烯的層間相互作用促使石墨烯納米帶自發(fā)地向多層石墨烯納米卷過渡，最終形成石墨烯納米卷結(jié)構(gòu)。此外

3、，石墨烯納米卷的形成對石墨烯納米帶的邊緣構(gòu)型以及與鐵納米線的初始位置關(guān)系十分敏感。
　　(2)研究不同軸向的鐵、鈷、鎳等鐵磁性金屬納米線與石墨烯納米帶的相互作用，詳盡地描述并分析了不同鐵磁性金屬納米線對石墨烯納米帶自卷曲過程的作用及其差異。鐵磁性金屬納米線與石墨烯納米卷之間的相互作用受到金屬納米線的表面形貌特征和尺寸的影響。由于金屬納米線具有巨大的比表面積，鐵磁性金屬納米線的表面形貌比其尺寸特征有著更重要的作用。
　　(3)

4、深入分析了沿線軸沿[001]晶格取向的鎳納米線在石墨烯納米帶自卷曲過程中的形變現(xiàn)象和形變機制。當Ni[001]納米線的初始長度大于石墨烯納米帶的寬度時，石墨烯與納米線之間的范德瓦爾斯相互作用促使Ni[001]納米線發(fā)生彎曲，并導(dǎo)致Ni[001]納米線的表面由面心立方晶格結(jié)構(gòu)變成六方密堆積晶面。形變后Ni[001]納米線的內(nèi)部原子依然維持面心立方的晶格結(jié)構(gòu)，這與實驗上觀察到的面心立方晶格的金屬納米線的結(jié)構(gòu)一致。
　　(4)將研究內(nèi)容

5、擴展到石墨烯納米帶與金屬納米顆粒、富勒烯分子的相互作用。系統(tǒng)討論了鐵納米顆粒的表面形貌和體系的初始構(gòu)型對石墨烯納米帶形變行為的影響;研究了石墨烯納米帶與C60、C180、C240、C320以及C540等不同尺寸的富勒烯分子的相互作用;模擬并分析了單層石墨烯薄膜在Ru[0001]襯底表面形成的周期性起伏結(jié)構(gòu)，利用石墨烯周期性起伏結(jié)構(gòu)形成的密堆積超晶格，研究富勒烯分子在石墨烯表面的吸附、擴散和自組裝特性。
　　本論文的理論成果深化了對