Влияние температуры на прочность деформированного графена

Искандаров А.М.1,*, Умено Ё. 2, Дмитриев С.В. 1

1 Институт проблем сверхпластичности металлов, Уфа, Россия

2 Institute of Industrial Science, The University of Tokyo, Tokyo, Japan

*[email protected]

Графен представляет собой плоский моноатомный слой углерода, в котором каждый атом связан валентной связью с тремя соседями. Благодаря своим уни- кальным механическим, физическим и оптическим свойствам графен может найти различные применения в технике. В последние годы ведутся исследования влияния значительной упругой деформации на механические и физические свойства графе- на и других наноразмерных углеродных структур, что лежит в основе активно раз- виваемой технологии упругих деформаций [1]. Обнаружено, что теплопроводность графена и углеродных трубок монотонно падает с увеличением растягивающих на- пряжений [2]. Однако, несмотря на то, что графен способен выдерживать высокие приложенные деформации и напряжения, проявляя тем самым высокую прочность, важным параметром является характерное время, в течение которого графен оста- ется устойчивым.

В данной работе методом молекулярной динамики изучено влияние темпера- туры на время до разрыва листа графена. К плоскому листу графена прикладыва- лась однородная деформация, при этом были рассмотрены три вида деформации: одноосные растяжения вдоль направлений «зигзаг» и «кресло», а так же двуосное растяжение. В процессе моделирования температура удерживалась на постоянном уровне до момента разрыва, который фиксировался по резкому скачку потенци- альной энергии системы. Установлено, что для всех видов деформации среднее время до разрыва находится в логарифмической зависимости от обратной темпера- туры (рис.1). Также установлено, что вероятность разрыва при заданной темпера- туре и приложенной деформации прямо пропорциональна площади листа графена.

Рис. 1. Время до разрыва графена как функция обратной температуры для растяжения вдоль направления зигзаг. Круги отображают данные для 512 атомов в расчетной ячейке, ромбы – для 2048 атомов, квадраты – для 8192 атомов.

1. T. Zhu and J. Li., Progr. Mater. Sci. 55, 710 (2010).

2. X. Li, K. Maute, M.L. Dunn, and R. Yang, Phys. Rev. B 81, 245318 (2010).

Дата добавления: 2017-01-14