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不同荷载作用下五边形石墨烯的变形破坏机理研究
1
作者 赵泽若 韩同伟 +2 位作者 李仁 葛峻铭 王嘉越 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2025年第6期51-57,共7页
五边形石墨烯是一种完全由碳五元环组成的准二维的亚稳态碳结构,在不同载荷作用下其变形破坏机理仍需进一步研究.本文基于ReaxFF反应力场采用分子动力学方法模拟研究了五边形石墨烯的拉伸、剪切和纳米压痕破坏过程,得到了五边形石墨烯... 五边形石墨烯是一种完全由碳五元环组成的准二维的亚稳态碳结构,在不同载荷作用下其变形破坏机理仍需进一步研究.本文基于ReaxFF反应力场采用分子动力学方法模拟研究了五边形石墨烯的拉伸、剪切和纳米压痕破坏过程,得到了五边形石墨烯的拉伸和剪切应力-应变曲线以及压入载荷-位移曲线,系统分析了五边形石墨烯的变形破坏机理,并验证了五边形石墨烯在不同载荷作用下是否表现出塑性变形特征的一致性问题.研究结果表明,通过拉伸或纳米压入等不同加载方式均可准确测出五边形石墨烯的本征力学性能参数,其杨氏模量265.4~285.1 N/m,与第一性原理计算结果一致.研究还发现,五边形石墨烯在拉伸、剪切和纳米压痕过程中均会出现不可逆的塑性变形特征,而引起塑性变形的原因是由于不可逆的碳五元环向碳多元环结构的转变.以上研究结果可为基于五边形石墨烯的微/纳米机电系统的实际应用提供重要指导. 展开更多
关键词 五边形石墨烯 变形破坏机理 分子动力学
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五边形石墨烯双层电子性能及磁性调控的第一性原理研究
2
作者 吴旌贺 丁雅妮 +3 位作者 郭梦雨 陈卫光 王美娟 史金磊 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2025年第5期67-71,共5页
基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,我们研究了五边形石墨烯双层结构表面氢氟化对其电子结构及磁性的调控.计算结果表明,氢氟化的五边形石墨烯双层可以在价带顶和导带底出现自旋极化态,从而诱导出磁性且有效降低带隙.基于这一特性,... 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,我们研究了五边形石墨烯双层结构表面氢氟化对其电子结构及磁性的调控.计算结果表明,氢氟化的五边形石墨烯双层可以在价带顶和导带底出现自旋极化态,从而诱导出磁性且有效降低带隙.基于这一特性,我们进一步发现通过调控氢氟化覆盖度能够有效调节体系带隙及磁矩,并且随着覆盖度增加实现了五边形石墨烯双层从半导体-金属-半导体的转变. 展开更多
关键词 五边形石墨烯双层 电子结构和磁性调控 第一性原理计算
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五边形石墨烯氧气吸附与解离特性研究
3
作者 吴旌贺 丁雅妮 +2 位作者 郭梦雨 陈卫光 史金磊 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2025年第4期40-44,共5页
基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了O_(2)在五边形石墨烯(PG)上的吸附与解离动力学行为.研究结果表明,PG并不能有效地激发O_(2),形成稳定的氧吸附结构需要克服约0.54 eV势垒,并且吸附的O_(2)分解需要克服约0.82 eV势垒.然而,O... 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了O_(2)在五边形石墨烯(PG)上的吸附与解离动力学行为.研究结果表明,PG并不能有效地激发O_(2),形成稳定的氧吸附结构需要克服约0.54 eV势垒,并且吸附的O_(2)分解需要克服约0.82 eV势垒.然而,O_(2)分解后的PG衬底结构却能使后续吸附的O_(2)分子自动分解,破坏C-C键,以致PG在空气中难以稳定存在.基于此,为了避免PG结构在空气中被氧化,我们进一步提出将过渡金属原子吸附PG,使得O_(2)更容易被过渡金属原子吸附与激发,从而避免了PG被氧化. 展开更多
关键词 五边形石墨烯 O_(2)吸附与解离 第一性原理计算
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氢化与氟化五边形石墨烯双层电子性能调控的第一性原理研究
4
作者 史金磊 陈家豪 +6 位作者 胡继松 贾晨怡 任静 韩敬戈 单晶晶 朱梓铭 丁锦锦 《原子与分子物理学报》 北大核心 2024年第5期29-32,共4页
基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,我们研究了氢化、氟化及氢氟化五边形石墨烯双层对其电子性能的调控. 计算结果表明,氢化和氟化的五边形石墨烯双层可分别在价带顶及导带底形成局域的电子态而显著降低带隙. 基于这一特性,我们进... 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,我们研究了氢化、氟化及氢氟化五边形石墨烯双层对其电子性能的调控. 计算结果表明,氢化和氟化的五边形石墨烯双层可分别在价带顶及导带底形成局域的电子态而显著降低带隙. 基于这一特性,我们进一步研究氢氟化的五边形石墨烯双层结构对电子能带的影响,并且发现通过调控氢氟化覆盖度能够有效调节带隙,进而实现五边形石墨烯双层从半导体到金属态的转变. 展开更多
关键词 五边形石墨烯双层 电子性能调控 第一性原理计算
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官能化对五边形石墨烯力学性能的影响及机理研究 被引量：1
5
作者 韩同伟 李仁 +1 位作者 操淑敏 张小燕 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第22期231-239,共9页
五边形石墨烯是近年来提出的一种完全由碳五元环组成的新型二维纳米材料.本文采用分子动力学方法研究了氢基、环氧基和羟基等官能团表面修饰及官能化率对五边形石墨烯力学性能和变形破坏机制的影响以及官能化对升温时五边形石墨烯结构... 五边形石墨烯是近年来提出的一种完全由碳五元环组成的新型二维纳米材料.本文采用分子动力学方法研究了氢基、环氧基和羟基等官能团表面修饰及官能化率对五边形石墨烯力学性能和变形破坏机制的影响以及官能化对升温时五边形石墨烯结构转变的影响规律.研究发现,分别引入3种官能基团均可以有效地调控五边形石墨烯的力学性能和变形破坏机制.五边形石墨烯的杨氏模量和弹性极限均随官能化率的增大先剧烈减小再缓慢增大,而极限弹性应变单调递增.低官能化率五边形石墨烯在拉伸载荷下仍然表现出类似于完美五边形石墨烯的塑性变形破坏特征,不受约束升温时出现碳环结构转变,临界转变温度高于五边形石墨烯,而完全官能化可使五边形石墨烯由塑性向脆性变形破坏机制的转变,升温时五边形石墨烯并未出现碳环结构的转变.研究结果可为有效调控五边形石墨烯等二维纳米尺度材料的力学性能提供理论基础和结构设计依据. 展开更多
关键词 五边形石墨烯 力学性能 官能化 分子动力学
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CO_2和CO分子在五边形石墨烯表面的吸附行为 被引量：9
6
作者 张灿鹏 邵志刚 《华南师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2019年第1期11-15,共5页
基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了2种常见气体分子CO_2和CO在五边形石墨烯表面的吸附行为.根据五边形石墨烯的结构特点以及CO_2和CO的分子形态,CO_2共有4种吸附方式,而CO则有6种吸附方式.通过计算吸附能、电荷转移、吸附距... 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了2种常见气体分子CO_2和CO在五边形石墨烯表面的吸附行为.根据五边形石墨烯的结构特点以及CO_2和CO的分子形态,CO_2共有4种吸附方式,而CO则有6种吸附方式.通过计算吸附能、电荷转移、吸附距离、能带间隙、电荷密度、态密度、分波态密度等指标,探究这2种气体分子不同方式的吸附情况.结果表明:气体分子的不同吸附方式对吸附行为有明显影响; CO_2与CO在基底上最大吸附能的绝对值分别为0.071 3、0.086 7 e V,说明CO比CO_2有更好的吸附效果;由于气体分子与基底之间未能形成化学键,CO_2和CO在五边形石墨烯表面的吸附是比较弱的物理吸附. 展开更多
关键词 五边形石墨烯 CO2 CO 吸附
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Cs原子在五边形石墨烯表面吸附的理论研究 被引量：1
7
作者 李宇鹏 马永祥 毕冬梅 《长春大学学报》 2018年第12期12-15,共4页
采用第一原理研究了Cs原子吸附的五边形石墨烯的几何结构、吸附能、能带结构、态密度和功函数。研究结果表明,B33位是Cs原子在五边形石墨烯表面最稳定的吸附位,Cs原子吸附后五边形石墨烯的费米能级上升,功函数明显降低,电荷由Cs原子转... 采用第一原理研究了Cs原子吸附的五边形石墨烯的几何结构、吸附能、能带结构、态密度和功函数。研究结果表明,B33位是Cs原子在五边形石墨烯表面最稳定的吸附位,Cs原子吸附后五边形石墨烯的费米能级上升,功函数明显降低,电荷由Cs原子转移到五边形石墨烯上。 展开更多
关键词 五边形石墨烯 吸附 第一原理
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五边形石墨烯负载Pt单原子稳定性能的应变调控 被引量：1
8
作者 史金磊 王丽丽 +2 位作者 时俊仙 赵高 付龙 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2023年第5期94-98,共5页
基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Pt原子在五边形石墨烯(PG)上的吸附与动力学行为.研究结果表明,单个Pt原子在PG上虽然具有较大的吸附能及较高的扩散势垒,却不能够在衬底形成均匀分散的单原子.这是因为,随Pt原子数增加,Pt_(... 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Pt原子在五边形石墨烯(PG)上的吸附与动力学行为.研究结果表明,单个Pt原子在PG上虽然具有较大的吸附能及较高的扩散势垒,却不能够在衬底形成均匀分散的单原子.这是因为,随Pt原子数增加,Pt_(n)(n=1,2,3)在PG上的平均结合能也逐渐增加,更倾向于形成团簇,该发现有效否定了之前的报道称Pt能在PG上形成稳定的单原子催化剂这一结论(Phys.Chem.Chem.Phys.21,12201(2019)).基于此,我们考虑对PG施加双轴应变,随着拉伸应力增加,Pt金属原子间的平均结合能逐渐降低,当拉伸应变施加至12%左右时,单个Pt在衬底上的结合能与Pt_(2)在衬底上的平均结合能相等,从而实现PG上均匀分散的Pt单原子催化剂.该结果对五边形石墨烯基材料应变调控实现单原子催化剂提供理论借鉴. 展开更多
关键词 五边形石墨烯 单原子催化剂 应变调控 第一性原理计算
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铁掺杂五边形石墨烯对CO气敏性的第一性原理研究
9
作者 邵志刚 万龙飞 刘平平 《华南师范大学学报（自然科学版）》 北大核心 2023年第5期59-64,共6页
基于非平衡格林函数结合密度泛函理论,采用第一性原理计算了五边形石墨烯(PG)、CO/PG、Fe-PG和CO/Fe-PG这4种体系的电子性质和输运性质,探究PG以及Fe-PG对CO分子的气敏性。首先,Fe-PG在吸附CO分子过程中大量电荷发生转移,同时具有较低... 基于非平衡格林函数结合密度泛函理论,采用第一性原理计算了五边形石墨烯(PG)、CO/PG、Fe-PG和CO/Fe-PG这4种体系的电子性质和输运性质,探究PG以及Fe-PG对CO分子的气敏性。首先,Fe-PG在吸附CO分子过程中大量电荷发生转移,同时具有较低的吸附能,说明CO分子与Fe-PG之间的相互作用较强,表明Fe-PG体系对CO分子的吸附更加敏感。其次,计算出了4种体系的态密度,结果发现Fe-PG和CO/Fe-PG体系之间的态密度发生较大变化,这进一步说明了CO分子与Fe-PG之间具有较强的相互作用,Fe-PG体系对CO分子的吸附具有较为敏感的特性。最后,计算其输运性质,通过输运电流的结果对比发现Fe-PG对CO分子的敏感度比原始PG高出2个数量级,且在零偏压下的透射谱进一步证明Fe-PG是一种检测CO分子的良好传感材料。该研究表明,在PG结构体系中适当引入Fe原子掺杂,可以大幅提升PG对CO分子的气敏性。 展开更多
关键词 五边形石墨烯 一氧化碳 输运性质 第一性原理
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氟化五边形石墨烯的拉伸性能
10
作者 孙艺 韩同伟 +1 位作者 操淑敏 骆梦雨 《材料研究学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期147-151,共5页
用分子动力学方法研究了以碳五元环为结构基元的氟化五边形石墨烯的拉伸性能和变形破坏机制,以及氟化率对其力学参数的影响。结果表明:氟化能改变五边形石墨烯的变形破坏机制。低氟化率的五边形石墨烯在拉伸载荷作用下发生从碳五元环到... 用分子动力学方法研究了以碳五元环为结构基元的氟化五边形石墨烯的拉伸性能和变形破坏机制,以及氟化率对其力学参数的影响。结果表明:氟化能改变五边形石墨烯的变形破坏机制。低氟化率的五边形石墨烯在拉伸载荷作用下发生从碳五元环到碳多元环的转变,而完全氟化的五边形石墨烯没有发生明显的碳环转变。随着氟化率的提高五边形石墨烯的杨氏模量、断裂应力和应变呈先减小后增大的趋势。低氟化率(<15%)的五边形石墨烯,其力学性能参数均随氟化率的提高明显降低。完全氟化能提高五边形石墨烯的杨氏模量(约为29.56%),并大幅度降低其断裂应变,而其断裂应力与五边形石墨烯相当。 展开更多
关键词 材料科学基础学科 氟化五边形石墨烯 分子动力学 氟化率 力学性能 ReaxFF反应力场
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