异质二维材料的层间力学行为研究

发布时间：2024-02-20 21:38

　　石墨烯是目前最具应用前景的纳米材料之一,六方氮化硼(h-BN)具有与石墨烯相似的蜂窝状结构。由石墨烯和h-BN构成的层状异质二维材料具有独特的性质,其在未来的电子功能器件和光电器件等领域具有广阔的应用前景。本文通过基于密度泛函理论的第一原理计算方法和力学建模对石墨烯/h-BN异质结构的界面相互作用及少层石墨烯和氮化硼褶皱的力电耦合性能进行了深入的研究,揭示了表面功能化对石墨烯/h-BN异质结构界面摩擦性能的影响规律和少层石墨烯和氮化硼起皱力学行为对电学性能的作用机制。本文的研究内容和创新点如下:(1)表面功能化对石墨烯/h-BN异质结构的界面摩擦影响:我们的第一原理计算表明吸附的氟和氧原子能够显著地抑制了层间静电和范德华(vdW)相互作用,使得表面氟化和氧化可以显著地降低公度的石墨烯/h-BN异质结构的界面摩擦。同时我们建立的相应的Registry Index模型进一步揭示了氟原子和氧原子在影响层间滑动摩擦性能的作用之间的差异,并预测了大规模氧化石墨烯/h-BN异质结构体系中会出现层间超润滑。(2)少层石墨烯和h-BN褶皱的力电耦合:我们通过第一原理计算和连续介质力学建模研究了少层石墨...

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图1.1尖端被抬升后石墨烯片自缩回运动示意图以及分别在扫描电子显微镜和光学显微镜观察到的该过程

墨烯片自缩回运动示意图以及分别在扫描电子显微镜和维晶体形成的层状范德华异质材料具有独特的物理烯和h-BN基底之间公度状态与非公度状态之间的过

图1.2石墨烯层间堆垛关系对石墨烯层间摩擦力的影响

非公度的石墨烯片层中通过去除一个原子产生的5~7个缺陷图1.2石墨烯层间堆垛关系对石墨烯层间摩擦力的影响[18]。过使用近些年发展起来的Registry-Index(RI)的概念模型定配度并模拟出层间滑动能量波动；他们的研究工作证明了在

图1.3石墨烯摩擦原子模拟模型和结果

图1.3石墨烯摩擦原子模拟模型和结果[20]。由悬空的还是在基底上的石墨烯，表面结构的起伏和变化如波纹和、与基底的相互作用以及残余应力是石墨烯表面出现波纹或褶皱等Cerda等人[21]

图1.4波长和离面振幅与的关系，符号代表的是模拟结果，线代表模拟结果的最佳拟合[22]

图1.3石墨烯摩擦原子模拟模型和结果[20]。空的还是在基底上的石墨烯，表面结构的起伏和变化如基底的相互作用以及残余应力是石墨烯表面出现波纹或a等人[21]通过使用基本几何学和弯曲拉伸等力学理论推即褶皱的波长ηЪ，其中是材料的刚度，褶皱的

本文编号：3904557