毕业设计说明书中文摘要完美的石墨烯材料拥有良好的性能和广泛的应用范围。但实际情况下，由于原子串的缺失，存在旋错、位错、晶界三种拓扑结构缺陷。目前，对于石墨烯，有很多物理学性质方面的研究，本文主要讨论了含缺陷石墨烯的力学性能。首先，介绍了位错的产生和相互之间的运动；接着，通过单个正负旋错的应力计算公式推导不同排列组合情况下的应力场，并用MATLAB画出图像；然后，构建含缺陷的石墨烯，将其放入lammps中计算，观察其几何形貌；最后，模拟石墨烯的拉伸过程，计算其杨氏模量。本文对石墨烯的位错旋错缺陷进行了理论分析；并应用分子动力学，研究了其力学性能，计算相关力学量。84695

毕业论文关键词  石墨烯  位错  旋错  MATLAB lammps

毕业设计说明书外文摘要

Title    The Mechanical Properties of Graphene with Topological Defects                               

Abstract Graphene has extraordinary properties that make it a suitable material for a wide range of technological applications。 Actually, due to the lack of atoms, there are three kinds of topological defects, which are dislocation, disclination and grain boundary。 This paper mainly discusses the mechanical properties of graphene with topological defects when there are many studies on the physical properties of graphene。 Firstly, we introduce the birth, motion and interaction of dislocations in graphene。 Then, using the formulas of stress of single disclination, we derive the stress fields of combination of different disclinations and use MATLAB to draw the image。 Then, we establish graphene configurations with defects, which are calculated in lammps, and observe the geometric morphology。 Finally, we simulate the tensile process of graphene and calculate its Young’s modulus。 In this paper, we analyze the defects of graphene theoretically, including dislocations and disclinations, and study the mechanical properties by using molecular dynamics。

Keywords  Graphene Dislocation Disclination MATLAB lammps 

目   次

1  引言  1

2  位错  3

2。1  位错的构建  3

2。2  位错的运动  4

3  旋错  7

3。1  旋错模型  7

3。2  旋错应力场  7

4  缺陷构型  16

4。1  缺陷构建  16

4。2  弛豫形貌  16

5  石墨烯拉伸  20

5。1  分子动力学  20

5。2  拉伸模拟  23

结论  27

致谢  29

参考文献  30

附录A  MATLAB 绘图代码  32

附录B  lammps 模拟代码  34

1  引言

石墨烯，从石墨中剥离出的单层碳原子晶片，由于其优越的性质能广泛地适用于技术运用，吸引了越来越多的关注。工业生产中使用的大型石墨烯薄膜，是独特的多晶石墨烯——单晶石墨烯在不同方向上由晶界连接而成。一般来说，缺陷会在晶体的生长过程中产生，或者是在材料的使用过程中出现，这对石墨烯的物理性质和力学性能都会有很大的影响。举例而言，灰铸铁作为脆性材料，如果其中引入空洞或者其他缺陷，将会产生局部的应力集中[1]，进而在承载中出现裂纹，最终致使材料发生失效；类似的，在半导体中，缺陷的分布密度也会对它的导电性产生极大的影响。

利用微机械分离法制得的石墨烯在微观尺度上呈现面内多晶的结构，同样地，利用化学气相沉积法制得的单晶石墨烯也具有这种结构，他们的尺度大小在数百微米浮动。工业生产应用中的大型石墨烯，也会在连接处产生缺陷，即晶界处或者单晶畴内。从几何角度上来说，通过旋错、位错等基本缺陷的排列组合，可以构建出不同的拓扑缺陷，从而描述出它的力学特性，这也为我们对石墨烯的研究提供了理论基础。