氮原子簇与空位缺陷对石墨烯的影响：分子动力学研究

石墨烯的卓越机械性能是其集成至先进技术应用的关键因素。然而，实际的合成和功能化过程会引入结构修饰，可能损害其机械完整性。氮掺杂虽有利于电子性质调节，却常导致原子聚集而非均匀分布；同时，空位缺陷的形成也是加工过程中常见的结构变化。本研究通过分子动力学模拟系统性地考察了氮原子簇与等尺寸空位缺陷对石墨烯机械行为的相对影响。氮聚集显著降低机械性能，程度几乎与随机掺杂相当。相比之下，具有等尺寸空位缺陷的系统在刚性更高但韧性更低。研究揭示了掺杂与缺陷配置下的不同破裂机制：氮簇表现出改变量传播模式，而空位缺陷则作为显著的应力集中点，导致早期失效。然而，本研究还发现，缺陷形貌对机械性能具有决定性影响。这些发现为优化石墨烯合成和加工工艺提供了重要见解，突显了掺杂聚集与空位形成在机械可靠性方面的差异风险。研究结果为面向纳米电子、复合材料和传感器的无损设计策略提供了指导，在这些应用中机械可靠性是设备性能和耐久性的关键。