单层石墨烯薄膜拉伸性能研究：空位缺陷的影响

"空位缺陷对单层石墨烯薄膜拉伸力学性能的影响 (2010年)" 这篇2010年的论文详细探讨了空位缺陷如何影响单层石墨烯薄膜的拉伸力学性能。石墨烯，作为一种二维碳材料，因其独特的物理和化学性质，在电子、能源和复合材料等领域具有广泛的应用前景。然而，这种材料的性能可能会受到缺陷的影响，特别是空位缺陷，即原子缺失的位置。 研究人员采用了Tersoff势函数，这是一种分子动力学模拟方法，用于描述原子间的相互作用，以研究完美结构和含有不同缺陷（单个单原子空位和单个双原子空位）的石墨烯薄膜在单向拉伸过程中的行为。他们分别分析了扶手椅型和锯齿型这两种不同结构的石墨烯。 研究表明，尽管空位缺陷并未改变石墨烯薄膜的杨氏模量（衡量材料刚性的指标），但它们显著降低了其拉伸强度和拉伸极限应变。这意味着含有空位缺陷的石墨烯在承受同样外力时更容易发生断裂，且能承受的形变量减小。具体来说，单原子空位缺陷可能导致拉伸强度降低最多8.10%，而双原子空位缺陷可导致降幅高达6.41%。同时，极限应变的降低意味着材料在达到破坏前的可塑性变形能力减弱。 此外，缺陷还影响了石墨烯的拉伸变形破坏机制。在受力过程中，新缺陷的形成往往发生在原有空位缺陷的附近，这暗示了空位是应力集中和材料失效的关键区域。这一发现对于理解石墨烯在实际应用中的力学行为至关重要，因为即使微小的缺陷也可能大大降低其整体性能。 论文的结论对于优化石墨烯的制备工艺和设计增强其力学性能的策略具有重要意义。通过控制和减少空位缺陷，可以提高石墨烯在各种应用中的稳定性和耐用性，例如在纳米电子设备、传感器和高强度复合材料中的应用。未来的研究可能进一步探索其他类型的缺陷以及多缺陷系统对石墨烯性能的影响，以推动石墨烯技术的发展。