线缺陷主要是两个石墨烯晶胞交界处的晶界（Grain boundary）[13]，两个晶胞方向夹角不同能 形成不同的晶界结构。

图 1.3 四种主要的 V2 缺陷

1.3 前人工作总结

国内外对于石墨烯结构缺陷的研究已有几年。

Ayako Hashimoto 等人在 2004 年发现石墨烯中存在结构缺陷的证据[13]。

Gun-Do Lee 等人在 2006 年研究发现两个 V1 结构能演化形成一个 V2 结构（V2(5-8-5)或

V2(555-777)）[14]。

Youngkuk Kim 等人在 2011 年研究了 V2 缺陷的稳定性，发现 V2(55-77)是四种 V2 缺陷 中最不稳定的结构[15]。

Jamie H. Warner 等人在 2012 年发现石墨烯的结构缺陷会在石墨烯中产生应力场，并使石 墨烯片发生变形[16]。

Zhiguo Wang 等人在 2012 年通过量子模拟计算发现缺陷转化可以通过电子辐射来控制[8]。 SWD 可以在高于 19eV 能量的电子辐射下产生，可以在 14-18eV 能量的电子辐射下愈合，并 且不会产生新的缺陷。V2(5-8-5)、V2(555-777)、V2(5555-6-7777)以及 V2(55-77)这 4 种 V2 缺

陷可以互相转化，它们的转化也可以通过电子辐射使 C-C 键发生旋转而控制。在 Zhiguo Wang 等人的工作中，特定能量的电子对特定原子进行轰击，通过控制电子能量和角度可以控制缺 陷的转化。

Y J Sun 等人在 2012 年研究发现通过施加外力也可以使 SWD 愈合[17]。他们主要研究应 力下 SWD 的转化以及与应变率和温度的关系。研究发现，应变率越低，温度越高，SWD 愈 合的速度越快。在外力加载下，SWD 几乎可以全部愈合。温度对 SWD 愈合的影响更至关重 要，实际上这就是个 C-C 键旋转与断裂的比赛[17]。在较低的应变率下，由于外力而产生的原 子速度比 C-C 键旋转的速度小几个数量级，这样的话，SWD 就有充分的时间进行愈合过程了。

Jean-Marc Leyssale 等人在 2014 年研究了高温下 V2 缺陷的演化[18]。

1.4  本文研究内容

尽管 Zhiguo Wang 等人用量子模拟对缺陷转化进行过详细研究，但是在空间和时间尺度 上有局限性，并且不能很好的反应出动力学过程。然后 Jean-Marc Leyssale 等人使用了对石墨 烯片持续加载高温（3000~4000K）的加载方式，由于缺陷转化需要克服能垒（energy barrier）， 反应需要一个“启动”温度，3000~4000K 的温度刚好略高于所需温度，这种情况下许多转化 形式的概率较小，使得在这种加载方式下难以找全 V2 缺陷间所有可能的主要转化形式。因 此，本文拟采用分子动力学方法针对 V2 缺陷转化进行研究，采用使用较多的 AIREBO 势和 比较准确的 ReaxFF 势分别进行模拟，另外加载能量的方式也不是单纯给一个原子加载，而 是采用给一片区域加载能量的方式进行研究，更加贴近实际过程。而且具体加载使用间断加 载方式（高能脉冲），提高转化概率。通过分子动力学模拟来找出 4 种 V2 缺陷的主要转化 形式，采用能量分析的方式解释转化机理，并对 V2 缺陷转化进行概率统计分析。

在上述工作基础上，由于 Y J Sun 等人只是研究了应力作用能使 SWD 愈合的问题，本文 会进一步探讨应力加载下 V2 缺陷的演化过程。

2 分子动力学

2.1 分子动力学简介

分子动力学是一种研究分子或原子体系中粒子运动的计算机模拟方法。模拟关注的时间 范围内，分子或原子之间由于相互作用而发生运动，其相互作用力或者相互作用势能由力场 决定，运动轨迹由牛顿运动定律控制，由此得出体系中粒子的位置、速度、受力等参数，再 据此由统计力学理论来计算体系的热力学量和其他的宏观性质。