石墨烯等二維結(jié)構(gòu)中的缺陷會(huì)顯著影響其力學(xué)和物理性能。因此，系統(tǒng)地研究石墨烯中缺陷動(dòng)力學(xué)的時(shí)間演化具有重要的意義。采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法研究了高溫下平面石墨烯中位錯(cuò)偶極子的動(dòng)力學(xué)行為。揭示了臂長(zhǎng)為0 ~ 30 Å的位錯(cuò)偶極子不同的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)情況。在這些位錯(cuò)偶極子中，有Stone - Wales缺陷，其中位錯(cuò)在偶極子中有很強(qiáng)的相互作用。討論了位錯(cuò)偶極子隨臂長(zhǎng)和溫度的湮滅過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于臂長(zhǎng)l > 16 Å的位錯(cuò)偶極子，在高溫下容易發(fā)生湮滅。本工作提供了高溫下位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的詳細(xì)描述。
圖1. 缺陷石墨烯的典型結(jié)構(gòu)。(a)DD
4的模擬單元格;(b)偶極子部分模擬單元;五原子環(huán)呈藍(lán)色，七原子環(huán)呈紅色;所有結(jié)構(gòu)均以xy和xz平面上的投影形式呈現(xiàn)。
圖2. 位錯(cuò)偶極子DD
2和三種類(lèi)型的動(dòng)力學(xué)事件:(I)滑移;(II)形成新的形成缺陷;(III)位錯(cuò)相互向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)。五原子環(huán)呈藍(lán)色，七原子環(huán)呈紅色。DD之前的位置用綠色的六原子環(huán)表示。黑色箭頭表示位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方向。
圖3. 位錯(cuò)偶極子DD
3和主要?jiǎng)恿W(xué)事件類(lèi)型。五原子環(huán)呈藍(lán)色，七原子環(huán)呈紅色。DD之前的位置用綠色的六原子環(huán)表示。黑色箭頭表示位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方向。
圖4. 位錯(cuò)偶極子DD
6和主要類(lèi)型的動(dòng)態(tài)事件。五原子環(huán)為藍(lán)色，八原子環(huán)為紫色，七原子環(huán)為紅色。DD之前的位置用綠色的六原子環(huán)表示。黑色箭頭表示位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方向。
圖5. 位錯(cuò)偶極子DD
8、DD
10及其主要的動(dòng)態(tài)事件類(lèi)型。五原子環(huán)為藍(lán)色，八原子環(huán)為紫色，七原子環(huán)為紅色。DD之前的位置用綠色的六原子環(huán)表示。黑色箭頭表示位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方向。
圖6. (a)石墨烯與DD的第一次滑動(dòng)事件的概率P與溫度的函數(shù)；符號(hào)表示數(shù)值型數(shù)據(jù)，實(shí)線(xiàn)和虛線(xiàn)表示近似曲線(xiàn)；(b)開(kāi)始第一次滑動(dòng)時(shí)的溫度與偶極子臂的函數(shù)。
圖7. (a)對(duì)于DD
2，DD
3，DD
6和DD
10的代表性樣品，第二次滑動(dòng)事件的概率P與溫度的函數(shù)。符號(hào)表示數(shù)值型數(shù)據(jù)，實(shí)線(xiàn)表示逼近曲線(xiàn)。(b)開(kāi)始第二次滑動(dòng)時(shí)的溫度與偶極子臂的函數(shù)。
圖8. (a)對(duì)于DD
2，DD
3，DD
6，DD
8和DD
10的代表性樣品，SW缺陷形成的概率P與溫度的函數(shù)。符號(hào)表示數(shù)值型數(shù)據(jù)，實(shí)線(xiàn)表示逼近曲線(xiàn)。(b)SW缺陷形成開(kāi)始的溫度與偶極臂的函數(shù)。
圖9. 部分仿真單元，不同臂DDs的每個(gè)原子的能量分布。
相關(guān)研究成果由俄羅斯科學(xué)院金屬超塑性問(wèn)題研究所L.Kh. Galiakhmetova等人于2024年發(fā)表在Diamond & Related Materials (https://doi.org/10.1016/j.diamond.2024.110896)上。原文：Dynamics of dislocation dipoles in graphene at high temperatures
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
