嵌入位错阵列晶粒组成的分级多晶石墨烯的力学性能

来源 :厦门大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuyong19840815
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由于纳米孪晶导致的惰性位错滑移,组成多晶的晶粒内的纳米孪晶片层能够使三维多晶立方的强度增大。内部含有由5-7元环线性位错(PHDLs)组成的晶界的二维单层石墨烯相比原始晶格也表现出更高的强度。然而,嵌入在二维多晶石墨烯晶粒内部的PHDLs对多晶石墨烯力学性质的影响目前还无从得知,除此之外PHDLs与晶粒尺寸对力学性质的耦合作用预期会更加复杂。我们构建了嵌入不同PHDLs的晶粒组成的分级多晶石墨烯,并通过分子模拟探究其拉伸性能。相比普通多晶石墨烯的全局不规则表面褶皱,由嵌入PHDLs晶粒组成的分级多晶石墨烯在松弛状态下还同时兼具特殊的局域晶粒表面褶皱。含PHDLs多晶石墨烯的拉伸强度取决于PHDLs种类,内含高强度PHDLs的多晶可以达到内部无缺陷多晶的强度。所有分级多晶石墨烯都表现出依赖晶粒尺寸的反常伪霍尔-佩奇强度关系,这一点与纳米孪晶多晶体类似。然而,当PHDLs种类不同时,可以观察到断裂应变与晶粒尺寸的依赖关系有可能是单调的或者翻转变化的。由于多晶石墨烯晶粒内PHDLs强度的不同,可以确定四种不同的断裂行为。特别地,在PHDLs附近,导致应力减弱的6-7元环之间公用的键在断裂后还能恢复成键。通过缺陷工程,我们揭示多种平行PHDLs和含PHDLs晶粒的尺寸对分级多晶石墨烯不同力学性质的影响,这些发现对在不同结构系统的实际应用下二维材料的最优性能作出了新的阐述。
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