碳离子辐照影响石墨烯力学性能的分子动力学分析

"这篇论文是2013年由北京大学学报(自然科学版)发表的研究成果，主要探讨了重离子辐照对石墨烯力学性能的影响。研究采用了分子动力学模拟方法，分析了不同剂量的碳离子照射下石墨烯的拉伸性能变化，包括应力-应变曲线、杨氏模量和拉伸强度。实验中，入射离子能量固定在1 keV，而剂量分别为2.00×1013，6.01×1013，1.00×1014和2.00×1014 cm-2。结果显示，离子辐照产生了单空位、双空位和复杂缺陷，这些缺陷显著改变了石墨烯的力学性质。例如，在剂量为2.00×1013 cm-2时，尽管仅产生两个单空位缺陷，但石墨烯的杨氏模量仍从780.19 GPa降低到128.77 GPa，拉伸强度从161.81 GPa降至30.85 GPa。缺陷数量的增加导致石墨烯的力学性能进一步恶化。此外，论文还讨论了由辐照引起的样品形变及断裂的物理机制。" 这篇研究深入揭示了石墨烯在受重离子辐射后的结构变化及其对材料性能的影响。石墨烯，作为一种二维碳纳米材料，因其独特的物理和化学性质，在电子、能源和生物医学等领域有着广泛的应用前景。然而，当石墨烯暴露于高能粒子环境，如宇宙射线或实验中的离子束时，其结构完整性可能会受到破坏，进而影响其优异的性能。 在分子动力学模拟中，研究人员通过模拟碳离子与石墨烯的相互作用，观察并量化了不同剂量离子辐射产生的缺陷类型和数量。这些缺陷，如单空位和双空位，破坏了石墨烯的六边形晶格结构，导致材料的弹性和强度降低。杨氏模量是衡量材料刚性的重要参数，其大幅下降意味着石墨烯的抗拉伸能力减弱；而拉伸强度的降低则意味着石墨烯在受力时更容易断裂。 实验结果表明，随着辐射剂量的增加，缺陷密度增大，这不仅影响石墨烯的力学性能，也可能影响其电导率、热导率和其他物理特性。因此，对于石墨烯在太空、核技术和高能物理领域的应用，必须考虑其在辐射环境下的稳定性问题，这为未来石墨烯材料的防护设计和性能优化提供了理论依据。 此外，论文中提到的物理机制分析有助于理解石墨烯在受辐射后形变和断裂的过程。这些机理可能涉及缺陷诱导的应力集中、晶界移动以及相邻原子键合的破坏，这些因素共同决定了石墨烯在辐射条件下的行为模式。 这项工作对理解石墨烯在极端环境下的行为具有重要意义，为石墨烯在高辐射环境中的应用提供了关键的理论指导，并为进一步研究辐射对其他二维材料的影响奠定了基础。