双层石墨烯的弹性性质与机械稳定性:分子动力学模拟

近几十年来,石墨烯已成为二维及所谓范德瓦耳斯层状材料的典型范例,其物理性质表现出很大的各向异性。本文通过分子动力学模拟在宽温度范围内研究双层石墨烯的弹性性质与机械稳定性。我们集中于面内弹性常数与压缩模量,以及面外方向的原子运动。特别强调了振动模式的非谐性对双层石墨烯物理性质的影响。我们考虑了有限温度下石墨烯片层中存在涟漪时出现的过剩面积。研究发现双层石墨烯的面内压缩模量随温度升高而降低,且结果高于单层石墨烯。我们分析了由面内压应力引起的双层材料机械失稳。这定义了材料亚稳极限的旋节线压力,其依赖于体系尺寸。有限尺寸效应由面外均方位移、压缩模量和旋节线压力的幂律描述。通过与单层石墨烯和石墨数据的比较,进一步深入理解了我们的结果对双层石墨烯的意义。