石墨烯在织构化基底上的粘附力学

石墨烯作为碳的二维形态，具有优异的力学、电学与热学性能，以及包括 NEMS、防护涂层、显示器件中的透明电极与生物应用在内的多种潜在应用。粘附在许多此类应用中起关键作用。此外，有研究提出石墨烯的电子性质可受其因粘附于基底而引起的弹性变形所影响。鉴于此，我们在此提出一个基于连续介质力学的理论框架，以理解基底纳米形貌对石墨烯粘附与力学的影响。在第一部分中，我们分析石墨烯在二维与一维周期波纹上的粘附力学。我们进行了分子静力学模拟，发现结果与我们的理论吻合良好。我们在分析与模拟中均采用由 Lennard-Jones 6-12 势描述的表面力相互作用，且原则上可推广至任何其他相互作用势。结果表明石墨烯保形粘附于大曲率基底。我们原则上证明此处发展的理论可推广至可由傅里叶级数表示的任意形状基底。在第二部分中，我们研究石墨烯 ribbon 从一维正弦织构化基底上剥离的力学。在分子静力学模拟中，我们观察到 ribbon 剥离力学中的两个关键特征：ribbon 在基底上滑动，并在裂纹前沿附近以振荡方式经历粘附与剥离，其频率揭示了底层基底的波长。我们的理论定性地捕捉了这些剥离力学特征，且具足够一般性，可推广至其他二维材料如 MoS2、BN 等及不同种类的相互作用势。