水驱动石墨烯褶皱生命周期的全面理解及其在柔性电子学中的应用：一项计算研究
材料科学
2020-01-06 v1
摘要
石墨烯纳米带（GNR）和其他二维（2D）材料中褶皱的存在会显著改变其机械、电子和光学性质，这可能是有益的也可能是有害的。实验上观察到，在常用的GNR生长过程中，来自环境湿度的水分子可以扩散到GNR和衬底之间。水的扩散导致GNR中形成褶皱，从而影响其性质。此外，扩散的水最终会干燥，不仅改变了褶皱石墨烯纳米带（WGNR）的几何形状，也改变了其特征。对这些现象的计算分析可以提供原子层面的理解。因此，在这项工作中，我们进行了分子动力学（MD）模拟，以模拟GNR与其衬底之间的水扩散和蒸发，以及它们对褶皱形成和动力学的影响。此外，使用基于密度泛函理论（DFT）的分析来表征由褶皱几何形状变化引起的WGNR电子结构的差异。我们的研究表明，初始分布的褶皱倾向于合并形成局部褶皱，其构型取决于初始褶皱几何形状和扩散的水量。褶皱构型在干燥过程中发生变化，而在完全干燥之前保持静态。局部褶皱的运动是三种基本模式的组合——弯曲、屈曲和滑动。应力分析表明，最大应力位于褶皱底部，其大小始终低于塑性极限。DFT结果提供了利用褶皱控制电子流动方向在柔性电子学中应用的潜力。
引用
@article{arxiv.2001.00614,
title = {Comprehensive understanding of water-driven graphene wrinkle life-cycle towards applications in flexible electronics: A computational study},
author = {Jatin Kashyap and Eui-Hyeok Yang and Dibakar Datta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2001.00614},
year = {2020}
}
备注
Main Paper 23 pages, 13 figures