尺度依賴的石墨烯納米條帶斷裂強度和Ⅰ-Ⅴ特性的應力調控研究.pdf

1、石墨烯具有優(yōu)良的力、熱、光、電性能，能被應用在電子和光電子學等諸多領域，近年來引起了人們的廣泛關注。通過裁剪石墨烯可以得到不同邊界構型的石墨烯納米條帶，如鋸齒型和扶手椅型。石墨烯納米條帶具有優(yōu)異的電輸運性能，在納米電子學器件中具有良好的應用前景。目前對于石墨烯納米條帶的研究主要是實驗測量和模擬，對于在應力作用下，如“應變工程”的調制方面，其理論模型還比較缺乏。而且，對于在不同寬度和在任意方向的應力作用下的石墨烯納米條帶，其電輸運性能變化

2、的物理機制還不清楚。因此，在本論文的工作中，我們首先基于第一性原理分子動力學方法模擬了兩類不同構型的石墨烯納米條帶寬度依賴的斷裂強度。然后利用原子鍵弛豫理論方法，建立了尺度依賴的石墨烯納米條帶的斷裂模型，從原子層次詳細分析了原子鍵參數(shù)變化對石墨烯斷裂性能的影響。第三，對不同構型的石墨烯納米條帶的I-V性能變化進行了計算并詳細討論了其變化的物理機制。取得的主要進展如下:
　　(1)采用了基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理計算方法

3、，模擬了兩種不同構型的石墨烯納米條帶的斷裂性能，發(fā)現(xiàn)條帶寬度極大影響斷裂強度，且鋸齒型石墨烯納米條帶的斷裂應變大于扶手椅型石墨烯納米條帶;同時，建立了基于鍵弛豫思想的理論模型，深入分析了斷裂強度的尺度效應。
　　(2)采用基于DFT的第一性原理計算了兩種不同構型的石墨烯納米條帶的電輸運性能，詳細分析了I-V曲線在單軸張應力作用的變化情況。計算結果表明:當鋸齒型石墨烯納米條帶的寬度為奇數(shù)時，電流與偏壓成正比的線性關系;當寬度為偶數(shù)時

4、，在偏壓小于閥值偏壓（大約為1.6V）時，電流很小，隨著偏壓絕對值的增加，直到偏壓大于閥值偏壓時，電流才開始增加。而對于扶手椅型石墨烯，寬度N=3P+2的納米條帶表現(xiàn)出半金屬性質，而寬度為N=3P、3P+1的納米條帶表現(xiàn)出半導體性質。
　　(3)在上述基礎上，計算了不同方向應力作用的石墨烯條帶的I-V性能。我們發(fā)現(xiàn):對于兩種構型的石墨烯納米條帶都有同樣的規(guī)律:當應力較小時，橫向拉伸會降低納米條帶的電輸運性能，而縱向拉伸會使納米條帶