基底化学吸附对石墨烯机械裁剪性能的影响机制

作者：冉迪; 郑鹏^*; 苑泽伟; 王宁

来源：中国表面工程, 2023, 36(05): 179-189.

• 金属基底
• 化学吸附
• 石墨烯
• 机械裁剪
• 分子动力学

机械裁剪法是简单高效制备石墨烯纳米带的加工方法，目前对基底化学吸附如何影响石墨烯机械裁剪行为的认识尚有不足。为探究基底化学吸附对石墨烯机械裁剪性能的影响机制，基于ReaxFF反应力场和Verlet算法，采用反应分子动力学方法对Ni、Pt、Cu金属基底上的石墨烯机械裁剪行为展开研究，根据纳米压痕和机械裁剪中探针与石墨烯(CT-CG)、石墨烯层内(CG-CG)、石墨烯与基底(CG-M)间键合数量和键合强度的变化规律，分析基底化学吸附对键合性能和石墨烯机械裁剪行为的影响。结果表明：Ni、Pt、Cu基底对石墨烯的化学吸附能力依次减弱，强化学吸附作用增大了CG-M键合强度，促进了CT-CG键合，削弱了CG-CG键合强度，降低了石墨烯的抗破损强度，Ni、Pt、Cu基底上的石墨烯抗破损强度分别为110.19、121.71、176.53 GPa。强化学吸附使石墨烯发生了大面积撕裂破损，弱化学吸附使石墨烯仅发生了部分碳链和碳原子的剥离。强化学吸附基底提高了石墨烯的机械裁剪效率，减小了机械裁剪深度，降低了探针下压载荷，提高了探针对石墨烯的摩擦力，提高了石墨烯的机械裁剪性能。基于反应分子动力学方法可深入探究基底化学吸附对石墨烯机械裁剪性能的影响规律及内在机理，研究结果可为不同化学吸附基底条件下高效、高精度石墨烯纳米带的机械裁剪提供理论依据。

• 单位
  沈阳城市建设学院; 沈阳工业大学