纳米多孔石墨烯膜稳定性的热机械洞察
材料科学
2020-12-16 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
多孔石墨烯（PG）是一种具有纳米多孔结构的石墨烯衍生物。该材料拥有由高孔隙体积的互联网络构成的特殊结构，可制成大表面积的膜。实验揭示 PG 兼具高机械强度与良好热稳定性等显著特性。本工作中，我们开展了全原子反应型（ReaxFF）分子动力学模拟，以对具有不同纳米多孔结构的二维多孔 n-Benzo-CMPs（CMP 与 n 分别指 π-共轭微孔聚合物与孔径）膜的弹性性质、断裂机制与热稳定性进行全面研究。为作比较，结果也与类似尺寸的石墨烯片进行对比。我们采用三种不同纳米孔径：小（3.45 A）、中（8.07 A）与大（11.93 A）。结果表明 PG 在高达 4660K 下热稳定，约比石墨烯熔点（5643K）低 1000K。在 PG 加热过程中，形成由碳与氢原子构成的线性原子链。在高达 1200K 温度下沿两平面方向施加单轴载荷时，断裂应变介于 15%–34%。断裂应变随纳米孔径增大成比例增加。值得注意的是，PG 完全断裂的临界抗拉强度与温度无关，而仅取决于纳米孔径。所有 PG 膜在超过临界应变阈值后均从弹性状态骤变为完全断裂状态。
引用
@article{arxiv.2007.07168,
title = {Thermomechanical Insight into the Stability of Nanoporous Graphene Membranes},
author = {Marcelo Lopes Pereira Junior and Luiz Antonio Ribeiro Junior},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.07168},
year = {2020}
}
备注
12 pages, 5 figures, and 1 table