Optical Separation of Mechanical Strain from Charge Doping in Graphene
石墨烯，由于其优异的拉伸性，表现出丰富的结构变形行为，其应变工程已被证明是有用的，在修改其电子和磁性。尽管拉曼G和2D模式的应变敏感性，在二氧化硅衬底上的石墨烯中的原生应变的光学表征已经被干扰两种模式的过量电荷所阻碍。在这里，我们表明，应变和电荷的影响，可以在光学上相互分离的两种模式的相关分析，使两者的简单量化。具有在-0.2%至0.4%之间随机发生的面内应变的石墨烯在热处理时经历适度压缩（-0.3%）和显著的空穴掺杂。这项研究表明，基板介导的机械应变是一个普遍存在的现象，在二维材料。所提出的分析将在表征石墨烯基材料和器件方面有很大的用处。
2012-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical properties of graphene oxide: the impact of functional groups
本文采用分子动力学模拟对石墨烯替代材料氧化石墨烯（GO）的力学特性进行了系统的研究。为此目的，考虑具有不同浓度的环氧化物和羟基官能团的几种GO样品。结果表明，增加环氧化物覆盖率导致GO系统的机械特性的显著劣化。这种变化与增加环氧化物覆盖率时结构中波纹形成的增加相关。此外，调查系统中的键长，可以得出结论，较高的环氧化物百分比导致单共振键和混合共振键的长度增加，从而导致GO样品的机械性能的整体劣化。此外，我们的研究结果表明，高浓度的官能团可以导致负泊松比。增加羟基的量显示出对杨氏模量的相同的下降效果。在同时含有环氧基和羟基的石墨烯体系中，可以推断，较高百分比的前者可以导致较高的残余应变，因为在体系内形成更多的波纹。
2020-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Effect of Mechanical Strain on Lithium Staging in Graphene
石墨嵌锂是锂离子电池的基础，石墨电极嵌锂的热力学研究一直是热点。块状石墨中的嵌入锂经历称为分级的结构有序化，以使晶格内的静电排斥最小化。虽然这个过程对于块状石墨是很好理解的，但是在纳米级上，限制效应变得很重要，这可以显著影响纳米结构电极的电化学。因此，石墨烯提供了一个模型平台，研究嵌入动力学在纳米级的芯片上的设备制造和电化学嵌入与原位表征相结合。我们表明，微尺度的机械应变显着影响有序锂相在石墨烯中的形成。原位拉曼光谱的石墨烯微片机械约束在锂嵌入过程中的边缘揭示了厚度依赖性增加高达1.26 V的电化学电位，诱导锂分期。虽然诱导的机械应变能随着石墨烯厚度增加到四次方，但与观察到的电化学能的增加相比，其幅度很小。我们推测，机械应变能增加了锂阶段的成核势垒，大大延迟了有序锂相的形成。我们的研究结果表明，电极组件可以严重影响锂分级动力学的循环速率和发电电池的重要。我们展示了应变工程在二维纳米材料作为一种方法来操纵相变和化学反应。
2020-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing Intrinsic Elastic Properties of Multilayer Graphene -- a New Mechanical Constant
Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）；Department of Physics, Pukyong National University（釜山国立大学物理系）；Center for Theoretical Physics of Complex Systems, Institute for Basic Science（基础科学研究院复杂系统理论物理中心）
本文通过原位鼓胀试验和理论模型研究多层石墨烯的本征弹性特性，提出新的机械模量以更准确描述其机械行为。
2025-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing Mechanical Properties of Graphene with Raman Spectroscopy
本文综述了拉曼散射技术在石墨烯薄膜力学性能研究中的应用。单轴和双轴应变下的悬浮石墨烯片的Gruneisen参数的测定进行了讨论，并与理论预测值进行了比较。讨论了石墨烯-衬底相互作用对应变和石墨烯拉曼光谱温度演化的影响。最后，提出了石墨烯的力学性能和热性能之间的关系，以及用拉曼光谱表征石墨烯的热性能。
2010-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption by design: tuning atom-graphene van der Waals interactions via mechanical strain
我们的目标是了解中性吸附原子和石墨烯层之间的范德华力是如何通过单轴应变和电子相关效应进行修改的。详细分析了三个原子（He，H和Na）和石墨烯应变范围从弱到中等强度。我们表明，范德华势可以显着增强应变，目前我们的结果的应用程序的原子从石墨烯的弹性散射的问题。特别是，我们发现，量子反射可以显着抑制应变，这意味着表面附近的耗散非弹性效应变得越来越重要。此外，我们介绍了一种方法来独立估计的Lennard-Jones参数中使用的有效模型，他与石墨烯相互作用，并确定它们如何依赖于应变。在短距离下，我们发现应变倾向于通过将吸附势最小值的位置推到变形石墨烯片上方的更高距离来降低相互作用强度。这开辟了令人兴奋的机械工程的吸附势的可能性，与各向异性低维超流相的形成和观察的影响。
2016-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Ultrahigh Stiffness of Defective Graphene from Atomistic Point of View
在低维材料中，宏观固体中点缺陷影响下的机械刚度退化的众所周知的效应可以有争议地逆转。使用原子模拟，我们在这里表明，单层石墨烯薄膜可以充分硬化的单空位缺陷在一个微小的浓度。我们的结果与最近的实验数据吻合良好，并表明机械刚度增加的效果主要来自于特定的键分布在周围的单空位缺陷区域。我们表明，这种不寻常的机械响应是存在特定单空位的特征，而其他类型的点缺陷，如双空位，555-777和Stone-Wales缺陷，导致石墨烯机械刚度的普通退化。
2015-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Properties of MoS2/Graphene Heterostructures
我们进行经典的分子动力学模拟，比较研究单层二硫化钼和石墨烯/二硫化钼/石墨烯异质结构在单轴拉伸下的力学性能。我们发现，二硫化钼和石墨烯之间的晶格失配将导致一个自发应变能的界面。MoS2的杨氏模量可以通过将其夹在两个石墨烯层之间而提高五倍。在刚度增强的同时，由于外部石墨烯层由于施加的机械张力而横向屈曲，MoS2的屈服应变降低。
2014-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Elastic Spin Hall effect in Mechanical Graphene
我们证明了在由质量和弹簧组成的二维蜂窝晶格的经典力学系统中，可以存在自旋轨道相互作用和弹性自旋霍尔效应。能带结构表明，在K点处存在由纵向和横向弹性常数不同引起的分裂，这种分裂可以看作是一种有效的Dresselhaus型自旋轨道耦合。有趣的是，当施加一个远离平衡的初始位移时，时间演化模拟表明，不同自旋极化的波在Gamma点和K点沿不同方向传播，这是自旋-霍尔效应的特征。文中还讨论了自旋霍尔效应的几种情况。
2016-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron heating and mechanical properties of graphene
本文研究激光辐照石墨烯引起的电子加热如何改变碳-碳键强度并诱导结构屈曲，揭示一种光力耦合效应，可在微米级样品中产生约50纳米挠曲。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical properties of freely suspended semiconducting graphene-like layers based on MoS2
我们制作自由悬浮的二硫化钼纳米片，其特征在于通过定量光学显微镜和高分辨率摩擦力显微镜。我们使用原子力显微镜研究了自由悬浮的二硫化钼纳米片的弹性形变。纳米片的杨氏模量和初始预张力通过进行弯曲测试实验的纳米级版本来确定。MoS2片材显示出高弹性和极高的杨氏模量（0.30 TPa，比钢大50%）。这些结果使它们在需要柔性半导体材料的应用中成为石墨烯的潜在替代品。
2012-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent phonon dynamics in spatially separated graphene mechanical resonators
机械谐振器中的振动模式为经典信息和量子信息的接口和操纵提供了一个有希望的候选者。远距离机械谐振器之间的相干动力学的观察可以是可扩展的基于声子的应用的关键一步。在这里，我们报告了可调谐相干声子动力学的架构，包括三个石墨烯机械谐振器串联耦合，其中所有的谐振器可以通过控制门上的电信号来操纵。我们演示了空间分离的谐振器之间的相干拉比振荡间接耦合通过中间谐振器作为声子腔。拉比频率与控制门上的微波爆发功率非常吻合。我们还观察到拉姆齐干涉，其中振荡频率对应于这些谐振器之间的间接耦合强度。这种相干过程表明，振动模式中编码的信息可以在空间上分离的谐振器之间传输和存储，这可以打开基于按需声子的信息处理的场所。
2020-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Manipulation of Graphene Auto-Kirigami with an AFM tip
提出一种基于AFM的压痕与硬敲击方法，实现石墨烯自折纸带的成核、操控和动态成像，适用于常规AFM，有望用于NEMS器件。
2026-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring mechanically-tunable strain fields in graphene
有许多基于石墨烯和其他二维材料的应变工程的理论建议，然而，这些系统中应变场的纯机械控制仍然是一个重大挑战。这两种方法大多使用到目前为止，要么耦合的电气和机械性能的系统，同时或引入一些不必要的干扰，由于基板。在这里，我们报告硅微机械梳状驱动致动器可控和可重复地诱导应变在一个悬浮的石墨烯片，在一个完全机械的方式。我们使用空间分辨共焦拉曼光谱来量化诱导的应变，我们表明，不同的应变场可以通过工程的夹紧几何形状，包括高达1.4%/ $μ$ m的可调应变梯度。我们的方法还允许多轴应变，并且同样适用于其他二维材料，为研究其机械和机电性能打开了大门。我们的测量还清楚地识别出石墨烯片边缘的缺陷，这些缺陷是导致其机械故障的弱点。
2017-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Two-dimensional Graphene Heterojunctions: the Tunable Mechanical Properties
我们报道了由石墨烯和各种稳定的石墨烯同素异形体（包括α-、β-、γ-和6612-石墨炔（GY）和石墨二炔（GDY））制成的不同二维碳异质结（HJ）的机械性质。结果表明，除α-GY外，所有的HJ都表现出脆性，但由于三碳环的形成，它表现出一个硬化过程。这种硬化过程大大延缓了结构的破坏。HJ的屈服通常在石墨烯和石墨烯同素异形体之间的界面处开始，并且通常在屈服之后形成单原子碳环。通过改变石墨烯的位置（在HJ的中间或两端），已经获得了类似的机械性能，表明石墨烯同素异形体的位置的影响不显著。然而，改变石墨烯同素异形体的类型和百分比，HJ表现出非常不同的机械性能。一般来说，随着石墨烯百分比的增加，屈服应变减小，有效杨氏模量增加。同时，屈服应力似乎与石墨烯百分比无关。这项研究提供了对异质结的拉伸特性的基本理解，这些特性对于其机械特性的设计和工程至关重要，以促进其在纳米级器件中的新兴未来应用，例如柔性/可拉伸电子器件。
2015-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Role of defects and geometry in the strength of polycrystalline graphene
固体中的缺陷通常限制材料的机械性能。然而，最近的测量报告说，石墨烯的非常高的强度几乎保留了晶界的存在。我们澄清在这项工作中，晶格缺陷的晶界和扭曲的几何形状，从而诱导定义的机械性能，其特征在于在特定的加载条件下。原子模拟和理论分析表明，拉伸试验测量面内强度，这是由缺陷引起的应力积累，而纳米压痕探针的压头尖端下的局部强度，并承担额外的几何效应从翘曲。这些发现阐明了石墨烯在实际载荷条件下的失效机制，并评估了上述技术在量化石墨烯强度方面的可行性，并表明低维材料的机械性能可以通过植入缺陷和它们导致的几何变形来调节。
2014-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene Design with Parallel Cracks: Abnormal Crack Coalescence and Its Impact on Mechanical Properties
Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Universidade Estadual de Campinas（坎皮纳斯州立大学）
本研究通过分子动力学模拟探讨了石墨烯中平行裂纹的相互作用及其对机械性能的影响，发现裂纹合并会降低结构强度，而增大裂纹间距可促进断裂行为从脆性向韧性转变。
2025-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Production and mechanical characterization of graphene micro-ribbons
将石墨烯图案化成微米带和纳米带允许在新兴领域例如柔性电子和光电子器件中的可调谐性，并且对于生产用于复合材料的更有效的增强材料正在引起兴趣。在这项工作中，我们制造微带CVD石墨烯相结合的紫外光刻和干法刻蚀氧等离子体处理。拉曼光谱成像证实了图案化过程的有效性，该图案化过程适合于在晶片级上对石墨烯进行大面积图案化，并证实石墨烯的质量保持不变。最后将所产生的微带转移并嵌入到聚合物基体中，并通过结合拉曼光谱和拉伸/压缩测试的原位机械调查来研究机械响应。
2019-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Strain engineering on graphene towards tunable and reversible hydrogenation
石墨烯具有二维几何结构和独特的结构-性能关系，是分子传感和储氢应用的极端材料。在这封信中，石墨烯的氢化在机械变形和电子构型之间的相互耦合的程度上进行了讨论。我们的第一性原理计算表明，氢化和外加应变显著改变了石墨烯的原子结构、结合能、力学和电子性质.在10%的面内应变下，氢原子在石墨烯上的结合能在对称相和反对称相分别提高了53.89%和23.56%。此外，对称束缚的氢原子在压缩下的不稳定性表明了氢的可逆存储方法。在反对称相中，氢的结合破坏了石墨烯的sp2特性，这可以在拉伸应变下部分恢复。基于电荷密度的分析揭示了下划线机制。这里报道的结果提供了一种方法，不仅可以以可控和可逆的方式调节氢在石墨烯上的结合，而且还可以通过机械负载和氢掺杂的协同控制来设计石墨烯的性质。
2009-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A molecular dynamics investigation of the mechanical properties of graphene nanochain
在本文中，我们研究，通过分子动力学模拟，一种新的碳纳米结构，称为石墨烯纳米链，通过缝合原始或扭曲的石墨烯纳米带（GNRs）和联锁所获得的纳米环构建的机械性能。得到的无缺陷纳米链的拉伸强度略低于原始GNRs，断裂点早于GNRs。分析了组成GNRs的长度、宽度和扭转角对力学性能的影响。此外，缺陷效应进行了研究，并在一些高缺陷覆盖率的情况下，观察到一个有趣的机械强化的行为。这种结构支持长缆制造的概念，并且可以通过将纳米链与其他纳米复合材料集成来实现新材料设计。用于构建纳米链的技术在实验上是可行的，其灵感来自于具有复杂结构的GNR的原子精确制造的最近演示[Phys. Rev. Lett，2009，\textbf{102}，205501; Nano Lett.，2010，\textbf{10}，4328; Nature，2010，\textbf{466}，470]
2012-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Atomistic Computational Modeling of Temperature Effects in Fracture Toughness and Degradation of Penta-graphene Monolayer
具有类似于开罗五边形镶嵌的碳原子的特定且独特的2D排列的新型碳同素异形体，具有$sp^{3}$和$sp^{2}$杂化碳原子的相互作用，被称为五石墨烯（PG）。先前的理论研究表明，PG单分子膜是机械和化学稳定的，也具有大的带隙$3.25eV$。这种具有独特的碳原子网络排列（非共面五边形）的新碳同素异形体是本工作理论研究的重点。采用非平衡态分子动力学模拟方法，结合反应型现代力场ReaxFF，对高温条件下五元石墨烯单层的纳米结构、动力学和力学性质进行了计算模拟。在我们的结果中，我们获得了温度对高达$2000K$的五-石墨烯单层的机械性能的影响，其中我们的结果表明，应变速率对机械性能具有强烈的影响，其中$67$减小，$ 227.15 - 154.76GPa.nm $的极限拉伸强度（UTS）$ 35.88 - 11.83GPa.nm $和杨氏模量（$Y_{Mod}$）减小。在这项工作中，我们还计算了在温度变化的$10K$高达$2000K$的五-石墨烯单层的反应性降解。因此，我们的平均值表明，五-石墨烯单层损失原子配置与温度效应高达$600K$，其中单层显示纳米结构过渡与几个石墨烯岛，大区域的孔隙度，小的1D碳链，以及负弯曲层。
2021-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical cleaning of graphene
由于来自纳米纤维的残留物导致的石墨烯污染通常引入背景掺杂并降低载流子迁移率。对于高电子质量的样品，因此需要进行光刻后清洁处理。我们报告说，机械清洗的基础上接触模式AFM去除残留物，并显着提高了电子性能。机械清洁的具有hBN的双栅双层石墨烯晶体管在低温下表现出约36，000 cm 2/Vs的迁移率。
2011-12-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Quantum Filtering of Hydrogen Isotopes through Graphene
本研究提出利用石墨烯层进行量子过滤，实现高效且经济可行的氢同位素分离，通过计算隧穿和粘附概率，证明该方法可有效富集氘。
2025-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Structural, Electronic and Mechanical properties of all-sp$^2$ graphene allotropes: the specific strength of tilene parent is higher than that of graphene and flakene has the minimal density
在这项工作中，一个系统的方法来寻找所有的$sp^2$键合的碳同素异形体与低密度。特别是，我们得到了一些新的能量稳定的晶体结构，其安排是密切相关的石墨烯的拓扑结构，通过修改包装的全等光盘的条件下的局部稳定性。我们的程序从一个初始的父拓扑结构开始，并通过降低填充因子来生成子结构。此外，我们评估的电子性能，如能带结构和态密度，和机械性能，如弹性常数和应力-应变特性，父母和女儿的几何形状从第一性原理模拟。我们发现，使用几何堆积参数，一些安排导致密度低至石墨烯的一半，获得一些最不致密的结构的所有- $sp^2$键合的碳同素异形体，可以合成。然而，存在密度的阈值，低于该阈值，石墨烯的机械刚性将不可挽回地损失，同时保持其他机械特性，例如比韧性和强度，几乎不变，重量较轻。
2018-11-02 cond-mat.mtrl-sci
'Guided' Fractures in Graphene Mechanical Diode-like Structures
二极管的概念通常应用于电子和热设备，但很少用于机械设备。最近提出的三角形空隙缺陷的聚合物基结构中的断裂整流效应促使我们使用石墨烯膜在纳米级上测试这些想法。使用全原子反应分子动力学模拟，我们表明，强大的整流样效果存在。断裂可以被“引导”成沿一个特定方向比沿其相反方向更容易扩展。我们还观察到，存在一个最佳值的间距之间的每个空隙的整流效果。
2022-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Mosaic pattern formation in exfoliated graphene by mechanical deformation
石墨烯易受形态不稳定性如褶皱和折叠的影响，这是由于在从高温冷却时和/或在双轴负载下施加热机械应力造成的。在CVD石墨烯中遇到的特定图案是马赛克形成的图案。尽管可以理解，这种图案是由高温冷却时的严重双轴压缩产生的，但在室温下通过机械加载不可能产生这种复杂的图案。在本文中，我们已经通过由张力引起的横向扭曲和由卸载时的单轴压缩引起的欧拉屈曲来管理，以在剥离的石墨烯中产生这样的图案。我们还表明，这些图案可以用作通道，用于捕获或管理石墨烯及其支持之间的间隙空间的流体。这在纳米流体领域以及光电子和传感器技术领域开辟了全新的应用领域。
2019-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Elastic properties and mechanical tension of graphene
石墨烯的室温模拟已被执行作为层的机械张力的函数。对于面外振动，在长波极限下表现为$ρω^2=σk^2+κk^4$的声学色散定律精确地再现了晶体尺寸效应。波动张力$σ$是有限的（$\sim 0.1$ N/m），即使当外部机械张力为零时。横向振动意味着在层的弹性常数的定义中的双重性，因为与表面的真实面积相关的可观测量可能不同于与面内投影面积相关的可观测量。这种双重性解释了基于电子光谱、干涉轮廓仪和压痕实验的石墨烯杨氏模量实验数据的可变性。
2017-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical and Structural Properties of Graphene-like Carbon Nitride Sheets
氮化碳基纳米结构由于其优异的机电性能而引起了理论和实验的广泛关注。在这项工作中，我们研究了一些石墨烯类氮化碳膜的机械性能，通过完全原子反应分子动力学模拟。我们分析了这些CN家族的三种不同结构，即所谓的石墨烯基g-CN、三嗪基g-C3 N4和七嗪基g-C3 N4。在10 K、300 K和600 K三种温度下，研究了这些膜在两个主轴方向上的拉伸动力学。我们发现，g-CN膜具有最低的极限断裂应变值，其次是庚嗪基和三嗪基的，分别。这种行为可以用它们在密度值、拓扑结构和化学键类型方面的差异来解释。还讨论了拉伸方向上的断裂模式的依赖性。
2016-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Curved graphene: a possible answer to the problem of graphene's diverging magnetic susceptibility
本研究通过狄拉克模型和紧束缚模型证明，机械形变解决了石墨烯低温抗磁发散问题，并发现伪dHvA效应及负曲率下的顺磁性。
2024-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci gr-qc
Mechanically-tunable bandgap closing in 2D graphene phononic crystals
我们提出了一种可调声子晶体，它经历了从机械绝缘到机械透射（金属）的相变。具体而言，在我们的模拟的声子晶格双轴张力（$σ_{xx} =σ_{yy}$ = 0.01 N $/$ m），我们发现一个带隙的面外声子的范围为48.8 - 56.4 MHz，我们可以关闭增加张力单轴度（$σ_{xx} / σ_{yy}$）到1.7。为了操纵张力分布，我们设计了一个有限尺寸的现实设备，其中$σ_{xx} / σ_{yy}$通过向由悬浮石墨烯制成的声子晶体施加栅极电压来调谐。我们表明，相变可以通过声传输测量探测，声子带隙持续存在，即使在夹杂物表面污染物和随机张力变化存在于现实的设备。所提出的系统作为一个晶体管的声子与开/关比为$10^5$（100 dB抑制），因此是一个有价值的扩展声子逻辑应用。此外，这种对金属-绝缘体转变（mMIT）的机械模拟允许机械实体（例如机械量子位）之间的可调谐耦合。
2023-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
STM observation of a box-shaped graphene nanostructure appeared after mechanical cleavage of pyrolytic graphite
描述了通过高度取向的热解石墨（HOPG）的机械裂解形成/未覆盖的三维盒形石墨烯（BSG）纳米结构。所发现的纳米结构是沿着表面定位的平行中空通道的多层系统，并且具有四边形横截面。通道壁/刻面的厚度约等于lnm。沟道面的典型宽度为约25 nm，沟道长度为390 nm或更长。通过扫描隧道显微镜（STM）对所发现的纳米结构的研究使我们得出结论，通过机械压缩，弯曲，分裂和移动石墨表面层，可以使石墨烯的空间结构与所发现的结构相似。这种结构的显著特征如下：制备方法简单，石墨烯平面和基底之间的接触面积小，表面积大，通道的纳米横截面尺寸，大纵横比。潜在的应用领域包括：超灵敏检测器、高性能催化电池、用于DNA操作的纳米通道、纳米机械谐振器、电子倍增通道、用于储氢的高容量吸附剂。
2016-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Mechanical properties of hydrogen functionalized graphene allotropes
已经进行了分子动力学（MD）模拟以研究氢官能化的石墨烯同素异形体（GA）对于跨越整个范围（0-100%）的H覆盖的机械性质。四个同素异形体（石墨炔，环状石墨烯，八角形石墨烯，和联苯）与更大的单位晶格尺寸比石墨烯被认为是。研究了功能化程度和分子结构对弹性模量和强度的影响，并首次报道了几种新型GA的破坏过程。我们发现，氢化气体的机械性能急剧恶化，增加H-覆盖范围内的敏感阈值，超过此范围的机械性能保持不敏感的H-覆盖范围的增加。这种剧烈的恶化是由sp2键向sp3键的转化和无支撑的sp3键的容易旋转引起的。具有不同晶格结构的同素异形体对应不同的敏感阈值。完全氢化的同素异形体的杨氏模量劣化可以比相应的原始结构小高达70%。此外，拉伸强度显示出约90%的甚至更大的下降和对H覆盖的更高的敏感性，即使它很小。我们的研究结果表明，独特的覆盖依赖性的机械性能恶化时，必须考虑到分析功能化的气体制造的纳米器件的性能特征。
2013-08-21 cond-mat.mtrl-sci
A Molecular Dynamics Investigation of Mechanical Properties of Graphene Reinforced Iron Composite and The Effect of Vacancy Defect Distance from the Matrix-Fiber Interface
石墨烯是一种具有优异机械性能的材料，这使其成为增强金属的理想纤维。由于铁是世界上使用最多的金属，因此用石墨烯增强铁可以降低任何需要强度的应用中对材料的总体要求。然而，石墨烯增强对铁的机械性能的影响需要在复合材料的工业应用之前知道。本文采用分子动力学（MD）方法研究了石墨烯增强铁基复合材料在不同条件下的力学性能。通过对模型化的代表性体积单元（RVE）施加单轴拉伸来研究其性能。还研究了温度对复合材料的机械性能的影响，因为制造具有在宽温度范围内操作的复合材料的产品需要这些知识。MD分析还表明，断裂起始于基体-纤维界面。我们还研究了空位缺陷距基体-纤维界面的距离如何影响复合材料的力学性能，这可用于选择合适的制造工艺。结果表明，空位缺陷越靠近界面，强度降低的程度越大。
2020-10-01 cond-mat.mtrl-sci
From Graphene to Carbon Fibres: Mechanical Deformation and Development of a Universal Stress Sensor
碳纤维（CF）在现代结构机身中占很大比例。嵌入到聚合物基体中，与其他竞争结构材料相比，它们在单位重量上提供了显着的强度和刚度增益。然而，还没有结论性的结构模型来解释它们的非凡特性。特别地，已知聚丙烯腈（PAN）衍生的CF是完全乱层的：石墨烯层相对于彼此侧向滑动，这导致石墨烯间距离比石墨大得多。在这里，我们证明了CF从石墨烯本身的机械性能中获得它们的机械性能。通过监测CF和石墨烯的拉曼G峰位移与应变，我们开发了一个通用的主图，涉及G峰应变灵敏度的所有类型的CF石墨烯在很宽的拉伸模量范围内。对于石墨烯和所有呈现环形（“洋葱皮”）形态的碳纤维，计算出轴向应力约为-5 0 ^-1（cm^-1 MPa^-1）时-平均-位移速率的通用值。
2010-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Graphene and its elemental analogue: A molecular dynamics view of fracture phenomenon
石墨烯和一些类似石墨烯的二维材料;六方氮化硼（hBN）和硅具有独特的机械性能，这严重限制了用于普通脆性和韧性材料的传统理论预测这些材料的断裂响应的适用性。利用LAMMPS进行分子动力学模拟，揭示了石墨烯、六方氮化硼和硅烯纳米片在不同微裂纹长度下的断裂响应。这些大面积二维材料的有效强度由其断裂韧性决定。我们的研究对石墨烯的元素类似物的机械性能进行了比较分析，并表明hBN在机械性能方面可以成为石墨烯的良好替代品。我们还发现，预裂纹板以脆性方式破坏，其破坏是由裂纹尖端原子键的强度。断裂韧性的MD预测显示显着的差异与由格里菲斯的脆性破坏理论，限制了这些材料的纳米裂纹的情况下，格里菲斯的准则的适用性确定的断裂韧性。此外，在扶手椅和锯齿形方向上测量的这些材料的纳米片的强度暗示扶手椅方向上的键具有比锯齿形方向更强的抵抗裂纹扩展的能力。
2017-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Application of Machine Learning to Mechanical Properties of Copper Graphene Composites
虽然铜-石墨烯（Cu/Gr）复合材料由于其理论上的高强度和导电性而成为有前途的材料，但其设计受到影响其性能的大量变量的阻碍。我们将四种不同的机器学习（ML）模型应用于手动收集的数据集，这些数据集汇编了采用粉末冶金技术处理的石墨烯增强铜复合材料的屈服强度和极限拉伸强度。研究结果表明，ML模型可以较好地预测Cu/Gr复合材料的力学性能。特征分析为影响这些属性的最重要因素提供了新的见解。
2022-09-28 cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
Mechanical Properties of Penta-Graphene Nanotubes
Penta-graphene是一种新型的褶皱单层碳原子紧密堆积成规则的五边形网络的名称，理论上，它具有优异的热稳定性和机械稳定性，并且可以卷成penta-graphene nanotubes（PGNT）。在此，我们进行了第一次模拟研究的单轴拉伸下的PGNT的力学性能。除了与碳纳米管（CNT）相当的机械性能，它被发现，由于不可逆的五边形到多边形的结构转变和六边形碳环成为主要的结构基元后的转换，PGNT具有良好的可扩展性与典型的塑性行为。PGNT的塑性特性与应变率和管径无关。此外，在极限温度范围内（T<1100 K），拉伸变形的PGNT表现出类似的相变，从五边形到六边形的转变比例近似。这种内在的洞察力提供了对PGNT力学性质的基本理解，这将为塑料碳基纳米材料的设计开辟一个新的视角。
2017-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Selective Molecular Sieving through Porous Graphene
膜作为选择性屏障，在细胞区室化和工业规模的化学和气体净化等过程中发挥重要作用。理想的膜应该尽可能薄以最大化通量，机械坚固以防止破裂，并且具有明确的孔径以增加选择性。石墨烯是开发尺寸选择性膜的极好起点，因为其原子厚度、高机械强度、相对惰性和对所有标准气体的不渗透性。然而，必须将可以排除较大分子但允许较小分子通过的孔引入材料中。在这里，我们展示了紫外线诱导的氧化蚀刻可以在微米级石墨烯膜中产生孔，并将所得膜用作分子筛。加压起泡测试和机械共振用于测量各种气体（H2、CO2、Ar、N2、CH4和SF6）通过孔的传输。实验测得的泄漏率，分离因子，拉曼光谱同意以及通过少量的埃大小的孔隙渗出模型的基础上。
2012-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable mechanical properties of the graphene/MoS2 tubal van der Waals heterostructure
我们提出了一种管状的范德华异质结构，通过卷起的石墨烯和二硫化钼原子层成管状的形式。我们说明，层间空间的管状范德华异质结构可以在一个特定的范围内变化，这是由层间范德华力和原子层的机械性能之间的竞争。可以利用层间空间的可变性来有效地调节管状范德华异质结构的机械性能。更具体地说，我们证明了管范德华异质结构的泊松比可以通过改变层间距从1.44到4.44的两个因素来操纵。我们的工作促进了一个新的成员与可调泊松比的范德华异质结构家庭。
2018-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-strong Adhesion of Graphene Membranes
随着机械结构进入纳米级，范德华力的影响增加。石墨烯对于纳米机械系统是有吸引力的，因为它的杨氏模量和强度都是固有的高，但石墨烯的机械行为也受到范德华力的强烈影响。例如，该力将石墨烯样品夹持到衬底上，并且还将多层样品中的各个石墨烯片保持在一起。在这里，我们使用加压起泡测试来直接测量石墨烯片与氧化硅衬底的粘附能。我们发现单层石墨烯的粘附能为0.45 \pm 0.02 J/m2，含有2-5个石墨烯片的样品的粘附能为0.31 \pm 0.03 J/m2。这些值大于在典型的微机械结构中测量的粘附能，并且与固/液粘附能相当。我们将其归因于石墨烯的极端灵活性，这使得它能够符合即使是最光滑的衬底的形貌，从而使其与衬底的相互作用更像液体而不是固体。
2011-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene type dependence of carbon nanotubes/graphene nanoplatelets polyurethane hybrid nanocomposites: Micromechanical modeling and mechanical properties
通过拉伸强度、硬度、冲击强度和改进的Halpin-Tsai方程，研究了多壁碳纳米管（MWCNTs）和石墨烯纳米片（GNP）混杂聚氨酯（PU）纳米复合泡沫的微观力学模型和力学性能。三种类型的石墨烯，具有不同的薄片尺寸和比表面积（SSA），被用来研究石墨烯类型对MWCNT/GNP杂化纳米填料的协同效应的影响。结果表明，MWCNTs和GNP-1.5（1：1）之间具有显著的协同效应，当纳米填料含量为0.25wt%时，PU的拉伸强度提高了43%，而PU/MWCNTs和PU/GNP-1.5的拉伸强度分别提高了19%和17%。利用单胞模型成功地预测了协同效应，计算结果与实验结果一致。
2020-05-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mechanical Properties and Fracture Patterns of Graphene (Graphitic) Nanowiggles
石墨烯纳米带（GNW）是通过在原始石墨烯纳米带中进行交替的规则切割而获得的基于石墨烯的纳米结构。GNW是最近合成的，并且已经证明它们通过改变它们的形状而表现出可调的电子和磁性。在这里，我们已经研究了大量的不同形状和大小的GNW的机械性能和断裂模式，使用完全原子反应分子动力学模拟。我们的研究结果表明，GNW的力学性能是强烈依赖于它的形状和大小，作为一个总的趋势，窄片有更大的极限强度和杨氏模量比宽的。根据GNW的形状，估计的杨氏模量值在~ 100-1000 GPa范围内，极限强度在~ 20-110 GPa范围内。此外，应变下的超韧性行为观察到的一些结构。
2017-02-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Mechanical and thermal properties of Graphene Random nanofoams via Molecular Dynamics simulations
石墨烯泡沫最近因其在技术应用中的可能用途而引起了极大的兴趣，例如电化学存储设备、可穿戴电子设备和化学传感。在这项工作中，我们提出了计算调查，通过使用分子动力学与反应势，石墨烯随机纳米泡沫的机械和热性能。特别是，我们评估的机械和热性能的四个家庭的随机泡沫，其特征在于增加质量密度和降低平均孔径。我们发现，泡沫材料在拉伸下的力学性能不能合理化的质量密度，而它们主要与它们的拓扑结构。在压缩下，高密度泡沫在5-10%应变下的应力-应变曲线中显示出典型的斜率变化，从线性弹性移动到弯曲应力平台。在方差上，较低密度的泡沫显示出高达35%应变的准线性行为。此外，我们使用Green-Kubo方法评估这些随机泡沫的热导率。虽然泡沫的热导率是由连接和缺陷的影响，但我们得到了类似的值为所有的调查家庭。
2018-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Ballistic Properties of Highly Stretchable Graphene Kirigami Pyramid
石墨烯kirigami（图案化切割）可以是改善石墨烯某些机械和电子性能的有效方法。在这项工作中，我们报告了第一次研究的机械和弹道行为的单层和多层石墨烯金字塔kirigami（GKP）。我们进行了全原子反应分子动力学模拟。GPK由于其拓扑结构而呈现出独特的动能吸收，该拓扑结构产生多步耗散机制，从而阻止裂纹扩展。我们的结果表明，即使具有显著更小的质量，GKP在吸收动能方面也可以胜过具有相似尺寸的石墨烯结构。
2020-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Temperature dependent elastic constants and ultimate strength of graphene and graphyne
本文基于第一性原理计算结合准谐波近似，重点分析了石墨烯和石墨烯炔的晶格结构、热膨胀系数、弹性常数和极限强度随温度的变化规律.对于线性热膨胀系数，石墨烯和石墨炔两者在低温区域中显示负区域。该系数在高温下增加到正值。石墨烯具有优异的机械性能，杨氏模量E11=371.0 N/m，E22=378.2 N/m，室温下的极限拉伸强度为119.2 GPa。基于我们的分析，发现石墨烯的机械性能对高达1200 K的温度升高具有很强的抵抗力。石墨烯还显示出良好的机械性能，在室温下杨氏模量E11=224.7 N/m，E22=223.9 N/m和极限拉伸强度为81.2 GPa，但是石墨烯的机械性能相对于温度的增加具有比石墨烯更弱的抵抗力。
2012-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical properties of Graphene Nanoribbons
在此，我们采用密度泛函理论在GGA-PBE近似下研究了锯齿形石墨烯纳米带在应力作用下的结构、电子和力学性质。沿周期方向施加单轴应力，允许在+/-0.02%范围内的单一变形。力学性能在该范围内表现出线性响应，而对于较高的应变则表现出非线性依赖性。最相关的结果表明，杨氏模量是相当高的石墨烯和碳纳米管的测定。在边缘处的C-C键的几何重构使纳米结构硬化。电子结构特征在这种线性弹性状态下对应变不敏感，这是在不久的将来在纳米电子器件中使用碳纳米结构的另一个希望。
2009-06-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Exploration of mechanical, thermal conductivity and electromechanical properties of graphene nanoribbon springs
最近的实验进展[Liu \textit{et al., npj 2D Materials and Applications}，2019，\textbf{3}，23]提出了石墨烯纳米弹簧（GNRS）的设计，以大幅提高原始石墨烯的拉伸性。GNRS是周期性起伏的石墨烯纳米颗粒，其中起伏是正弦或半圆或马蹄形。除此之外，GNRS的几何形状还取决于设计参数，如间距的长度和幅度，厚度和连接角度。由于这样一个事实，即参数对所产生的物理性质的影响是昂贵的和复杂的实验研究，我们探索的机械，热和机电性能的GNRS使用分子动力学模拟。我们的研究结果表明，马蹄形设计的GNRS（GNRH）可以明显优于石墨烯kirigami设计的拉伸性能。GNRS的热导率也进行了检查，通过开发一个多尺度建模，这表明沿着这些纳米结构的热传输可以有效地调整。然而，我们发现，GNRS和GNRH的拉伸拉伸不产生任何压电极化。弯曲诱导的杂化变化导致挠曲电极化，其中对应的挠曲电系数比石墨烯高$25\%$。我们的研究结果为GNRS的关键物理特性提供了全面的视野，并可能有助于利用石墨烯的出色物理特性来设计新型可拉伸纳米器件。
2022-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Line defects in Graphene: How doping affects the electronic and mechanical properties
石墨烯和碳纳米管具有非凡的机械和电子性能。然而，诸如局部非六边形重构或晶界的固有线缺陷显著降低拉伸强度，但具有令人兴奋的电子性质。在这里，我们从第一性原理的全势能密度泛函理论的水平上解决石墨烯中的线缺陷的性质，并评估掺杂作为一种策略，以加强这种材料。我们仔细解开的全局和局部的掺杂效果的比较结果从虚拟晶体近似与那些从本地取代的化学物种，为了获得详细的了解的断裂和稳定机制。我们发现，n型掺杂或局部取代氮的极限拉伸强度显着增加。特别地，它可以稳定超过原始材料的极限拉伸强度的缺陷。因此，我们建议将其作为加强石墨烯材料的关键策略。此外，我们发现，掺杂和/或施加外部应力导致可调和技术上有趣的金属/半导体过渡。
2016-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Elastic properties and mechanical stability of bilayer graphene: Molecular dynamics simulations
本文通过分子动力学模拟研究了双层石墨烯在宽温度范围内的弹性质和力学稳定性，发现其面内压缩模量随温度升高而降低但高于单层石墨烯，并揭示了系统尺寸对力学不稳定性及旋节压力的幂律影响。
2023-11-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Ideal Strength of Doped Graphene
虽然机械扭曲显著改变了石墨烯的电子性质，但电子操纵对其机械性质的影响尚不清楚。利用第一性原理计算方法，我们发现当石墨烯在等双轴应变下各向同性膨胀时，电子和空穴的掺杂都能使其理想强度保持或略有提高，而临界断裂应变则显著提高.与各向同性膨胀相反，电子掺杂降低了单轴应变石墨烯的理想强度和临界应变，而空穴掺杂增加了两者。不同类型的应变不同的故障机制被证明是不同的掺杂引起的机械稳定性的起源。我们的研究结果可能解决最近的实验和理论结果之间的矛盾石墨烯的强度。
2013-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Impact of Nitrogen Atom Clusters and Vacancy Defects on Graphene: A Molecular Dynamics Investigation
Bangladesh University of Engineering and Technology（孟加拉国工程与技术大学）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
研究通过分子动力学模拟比较了氮原子簇与等效尺寸空位缺陷对石墨烯机械性能的影响，发现氮簇显著降低机械性能，而空位缺陷则提高刚度但降低韧性，揭示了不同缺陷的失效机制差异。
2025-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Compressive mechanical response of graphene foams and their thermal resistance with copper interfaces
本文报道了用化学气相沉积（CVD）法制备的石墨烯泡沫（GFs）的压缩力学响应和铜（Cu）与GFs之间的热阻（$R_{TIM}$）。我们观察到GF的杨氏模量（$E_{GF}$）和压缩强度（$σ_{GF}$）与GF的密度（$ρ_{GF}$）呈幂律关系。压缩过程中所有GF的最大吸收能量效率（$η_{max}$）大于~0.39。我们还发现，具有较高$ρ_{GF}$的GF显示较大的$η_{max}$。此外，我们观察到，当$ρ_{GF}$从4.7增加到31.9 $mg/cm^3$时，在室温下施加0.25 MP接触压力的Cu/GF的测量$R_{TIM}$从~50增加到~90 $mm^2K/W$。
2017-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Solution blending preparation of polycarbonate/graphene composite: boosting the mechanical and electrical properties
我们报告的聚碳酸酯基石墨烯（PC/G）复合材料的制备，通过使用一个简单的和可扩展的溶液共混方法分散单层（SLG）和几层（FLG）石墨烯薄片，制备液相剥离（LPE），在聚合物基体中。进行溶剂交换过程以将剥离的SLG/FLG薄片再分散在环境友好的溶剂即1，3-二氧戊环中，该溶剂也用于溶解聚碳酸酯粒料，从而促进聚合物分散体与SLG/FLG薄片的混合。SLG/FLG薄片的负载改善了聚合物的机械和热性能，以及导电性，在1 wt%负载下弹性模量提高了+26%，10 wt%时导电性为10^-3 S m^-1，在0.55 vol%时达到逾渗阈值。所制备的具有上述增强性能的PC/G复合材料可以成为基于3D打印应用的有前途的材料。
2018-05-04 cond-mat.mtrl-sci
The effect of rippling on the mechanical properties of graphene
石墨烯是迄今为止已知的最坚硬的材料，但由于其单原子厚度，它也非常可弯曲。因此，独立式石墨烯表现出对其弹性性质有重大影响的波纹。在这里，我们将总结三个实验，其中涟漪的影响是必不可少的解决结果。首先，我们观察到原子空位降低了自支撑石墨烯的负热膨胀系数。我们还观察到的杨氏模量的增加与全球施加的应变，并与引入小密度缺陷，我们归因于波纹的减少。在这里，我们将重点关注数据中观察到的一个令人惊讶的特征：实验一致表明，只有波长在5- 10 nm之间的波纹才会影响石墨烯的力学。负TEC和异常弹性的涟漪被认为是动态的，即弯曲声子。然而，具有这些波长的弯曲声子应该对石墨烯的力学有很小的影响，因此必须考虑其他机制来解决我们的观察结果。我们提出静态波纹作为正确理解石墨烯热力学的关键要素之一，并建议波纹自然产生，由于对称性破缺和非谐波动的竞争。
2021-06-30 cond-mat.mtrl-sci
