带平行裂纹的石墨烯设计：异常裂纹共聚及其对机械性能的影响

石墨烯是一种具有潜在应用于电气、热力学和机械领域的材料，已取得了显著的生长方法进展，以促进大规模生产。然而，生长和转移到其他基底上的缺陷可能损害石墨烯的完整性和强度。令人惊讶的是，文献表明在某些情况下，缺陷可以增强或最多不影响石墨烯的机械性能。进一步的研究有必要探索缺陷如何在石墨烯结构中相互作用以及如何影响其属性，尤其是在大面积样品中。本研究使用分子动力学模拟研究了两个预存在裂纹之间的相互作用及其对石墨烯机械性能的影响。分析了在拉伸加载下，裂纹间距为$W_\text{gap}$的之字形和臂向石墨烯结构行为。研究结果表明，裂纹共聚（即两个裂纹尖端形成新裂纹）在裂纹间距较小的值时发生，导致结构强度下降。随着$W_\text{gap}$的增加，应力-应变曲线向上偏移，峰值应力在无裂纹共聚的情况下上升。本文提出的有效应力强度因子随$W_\text{gap}$的增加呈明显上升趋势。此外，$W_\text{gap}$的增加会导致断裂行为从裂纹共聚转向独立传播伴随裂纹间的波动。这种断裂行为的转变表明出现脆- ductile 转变，体现在能量吸收增加和故障延迟方面。通过将峰值应力与$W_\text{gap}$相关联，在一定范围内提出了裂纹几何形状的设计指南。