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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

近年来，石墨烯的研究一直是热点问题之一。单层石墨烯的制备成功，掀起了新的碳质材料的研究热潮。单层石墨烯是以杂化的碳原子形成的蜂窝状六角平面晶体，具有特殊的单原子层结构和新奇的物理性质是目前发现的最薄的材料。研究表明：单层石墨烯的弹性模量是普通钢材的5倍，强度达130 gpa，禁带宽度几乎为零，有着高透明度；石墨烯的杨氏模量和断裂强度与碳纳米管相当，它还具有分数量子霍尔效应、量子霍尔铁磁性和零载流子浓度极限下的最小量子电导率等一系列性质。在材料方面拥有很深的前景。

本文通过构建单层石墨烯的微观原子模型，在不同的温度和拉伸速率下对单层石墨烯x,y两个方向上进行拉伸模拟实验，由模拟结果得到应力-应变曲线，再将各个条件的原子状态表现出来，观察模型的变化情况和破坏形态。通过这些数据和图像分析单层石墨烯在两个方向上的力学性能，研究其断裂机理。本文的意义是研究单层石墨烯在不同条件下的变化情况，得到其拉伸力学规律。

国内外研究现状

关于石墨烯基础性能的研究是纳米材料的研究热点之一，国内外很多学者都致力于石墨烯的研究。石墨烯的优异性能表现在其电学特性、光学特性、热学特性和力学特性。韩强等人采用分子动力学的方法，对不同层数、不同尺寸石墨烯的拉伸力学性能进行研究，得到x方向（扶手型）和y方向（锯齿型）的弹性模量和破坏机理[1]；韩同伟、贺鹏飞等人利用分子动力学方法对单层石墨烯的拉伸性变及破坏进行了数值模拟研究，结果表明：弛豫后的二维石墨烯薄膜并非完美的平面结构，表面不完全平整，出现类似波纹状褶皱[2]；魏志勇的人采用非平衡态分子动力学方法研究了石墨烯纳米带的热导率随温度变化的关系；matthew becton通过对纳米多孔石墨烯进行动力学模拟，测量出使石墨烯薄膜断裂所需的能量[6]。

2. 研究的基本内容

一、构建单层石墨烯原子模型，确定晶胞的范围，石墨烯包括两种边界类型：扶手型（armchair-edge graphene nanoribbons）和锯齿型（zigzag-edge graphene nannoribbons）。

二、定义力场，即选定单层石墨烯原子间的势函数：airebo势。

三、进行拉伸模拟实验：

1.设定适当的拉伸速率，在不同温度下，对单层石墨烯沿x，y两个方向进行拉伸模拟实验，得到不同温度下的结果；

3. 实施方案、进度安排及预期效果

2017.12.15前：了解论文任务、研究目标和内容；

2017.12.15-2018.1.10：查阅相关文献和资料，确定论文题目，撰写任务书和开题报告；

2018.1.10-2018.2.10：进行实验准备，熟悉分子动力学模拟软件lammps的应用，构建单层石墨烯模型，从小到大进行估计，确定适当的模型大小；

2018.2.10-2018.3.15：对模型进行扩展，编写拉伸模拟的in文件，改变温度和拉伸速率条件，进行x,y两个方向的拉伸模拟实验；

4. 参考文献

[1]韩强，黄凌燕.石墨烯薄膜拉伸性能的分子动力学模拟[j].华南理工大学学报（自然科学版），2012,40（2）：29-34.

[2]韩同伟.单层石墨烯薄膜拉伸变形的分子动力学模拟[j].新型炭材料，2010，25（4）：261-266.

[3]王卫东.不同温度条件下单层石墨烯纳米带弛豫性能的分子动力学研究[j].物理学报，2012，60（21）：200207.

[4]陈莹莹.石墨烯的制备及应用的研究进展[j].硅酸盐通报，2015，34(4):755-763.