【摘 要】
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碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，而石墨烯是只有一个碳原子厚度的二维材料，它们都属于纳米碳材料，且具有许多异常的机械、力学、电学和化学性能。而利用分子动力学方
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碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，而石墨烯是只有一个碳原子厚度的二维材料，它们都属于纳米碳材料，且具有许多异常的机械、力学、电学和化学性能。而利用分子动力学方法，能够利用现代的计算机技术，通过求解的相互作用的粒子系统的牛顿运动方程，来模拟分子体系的运动轨迹。本文首先使用分子动力学方法，采用了AIREBO势函数对不同温度下的碳纳米管的管径效应进行了研究，发现了管径对于碳纳米管的物理特性的影响非常大。对碳纳米管空位缺陷对于碳纳米管性能的影响进行了探索分析，结果表明缺陷会大大降低它的力学特性。研究结果也发现，当单壁碳纳米管表面镀上镍原子，其极限应力和极限应变都大大提高，但杨氏模量却有所下降，这说明镍原子会使碳纳米管的柔性增强。同时碳纳米管/镍的泊松比也比碳纳米管小，这是因为镍原子与碳原子的范德华力一定程度上阻止了碳纳米管截面积的变小。本文对不同温度下的扶手型石墨烯的力学特性也进行了研究，发现了温度的变化对于扶手型石墨烯的极限应力的影响最大，对于其极限应变和杨氏模量的作用相对较小。石墨烯/镍，其极限应力和杨氏模量较石墨烯都大大提高，但极限应变却没有因为镀镍而产生特别明显的变化，同时温度是影响石墨烯/镍的力学性能的关键因素。研究空位缺陷对于石墨烯的影响，结果发现，当扶手型石墨烯的正中间的位置存在一个空位缺陷时，其所能承受的最大拉力会减小，极限应变在一定程度也有所减小。就极限应变而言，温度对于扶手型石墨烯的影响要大于缺陷的影响。而且表面镀镍对于石墨烯所能承受的最大拉力的影响比较大。通过对单壁碳纳米管和扶手型石墨烯进行的分子动力学仿真，得出表面镀镍能够在大大提高其力学性能，但是空位缺陷的存在将会降低单壁碳纳米管和扶手型石墨烯的力学特性。
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