石墨烯等二維結(jié)構(gòu)中的缺陷會顯著影響其力學(xué)和物理性能。因此，系統(tǒng)地研究石墨烯中缺陷動力學(xué)的時間演化具有重要的意義。采用分子動力學(xué)模擬方法研究了高溫下平面石墨烯中位錯偶極子的動力學(xué)行為。揭示了臂長為0 ~ 30 Å的位錯偶極子不同的位錯運動情況。在這些位錯偶極子中，有Stone - Wales缺陷，其中位錯在偶極子中有很強的相互作用。討論了位錯偶極子隨臂長和溫度的湮滅過程。研究發(fā)現(xiàn)，對于臂長l > 16 Å的位錯偶極子，在高溫下容易發(fā)生湮滅。本工作提供了高溫下位錯運動的詳細(xì)描述。
圖1. 缺陷石墨烯的典型結(jié)構(gòu)。(a)DD
4的模擬單元格;(b)偶極子部分模擬單元;五原子環(huán)呈藍(lán)色，七原子環(huán)呈紅色;所有結(jié)構(gòu)均以xy和xz平面上的投影形式呈現(xiàn)。
圖2. 位錯偶極子DD
2和三種類型的動力學(xué)事件:(I)滑移;(II)形成新的形成缺陷;(III)位錯相互向?qū)Ψ竭\動。五原子環(huán)呈藍(lán)色，七原子環(huán)呈紅色。DD之前的位置用綠色的六原子環(huán)表示。黑色箭頭表示位錯的運動方向。
圖3. 位錯偶極子DD
3和主要動力學(xué)事件類型。五原子環(huán)呈藍(lán)色，七原子環(huán)呈紅色。DD之前的位置用綠色的六原子環(huán)表示。黑色箭頭表示位錯的運動方向。
圖4. 位錯偶極子DD
6和主要類型的動態(tài)事件。五原子環(huán)為藍(lán)色，八原子環(huán)為紫色，七原子環(huán)為紅色。DD之前的位置用綠色的六原子環(huán)表示。黑色箭頭表示位錯的運動方向。
圖5. 位錯偶極子DD
8、DD
10及其主要的動態(tài)事件類型。五原子環(huán)為藍(lán)色，八原子環(huán)為紫色，七原子環(huán)為紅色。DD之前的位置用綠色的六原子環(huán)表示。黑色箭頭表示位錯的運動方向。
圖6. (a)石墨烯與DD的第一次滑動事件的概率P與溫度的函數(shù)；符號表示數(shù)值型數(shù)據(jù)，實線和虛線表示近似曲線；(b)開始第一次滑動時的溫度與偶極子臂的函數(shù)。
圖7. (a)對于DD
2，DD
3，DD
6和DD
10的代表性樣品，第二次滑動事件的概率P與溫度的函數(shù)。符號表示數(shù)值型數(shù)據(jù)，實線表示逼近曲線。(b)開始第二次滑動時的溫度與偶極子臂的函數(shù)。
圖8. (a)對于DD
2，DD
3，DD
6，DD
8和DD
10的代表性樣品，SW缺陷形成的概率P與溫度的函數(shù)。符號表示數(shù)值型數(shù)據(jù)，實線表示逼近曲線。(b)SW缺陷形成開始的溫度與偶極臂的函數(shù)。
圖9. 部分仿真單元，不同臂DDs的每個原子的能量分布。
相關(guān)研究成果由俄羅斯科學(xué)院金屬超塑性問題研究所L.Kh. Galiakhmetova等人于2024年發(fā)表在Diamond & Related Materials (https://doi.org/10.1016/j.diamond.2024.110896)上。原文：Dynamics of dislocation dipoles in graphene at high temperatures
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
