韩同伟 李仁 操淑敏 张小燕

1) (江苏大学土木工程与力学学院,镇江 212013)

2) (江苏大学化学化工学院,镇江 212013)

五边形石墨烯是近年来提出的一种完全由碳五元环组成的新型二维纳米材料.本文采用分子动力学方法研究了氢基、环氧基和羟基等官能团表面修饰及官能化率对五边形石墨烯力学性能和变形破坏机制的影响以及官能化对升温时五边形石墨烯结构转变的影响规律.研究发现,分别引入3 种官能基团均可以有效地调控五边形石墨烯的力学性能和变形破坏机制.五边形石墨烯的杨氏模量和弹性极限均随官能化率的增大先剧烈减小再缓慢增大,而极限弹性应变单调递增.低官能化率五边形石墨烯在拉伸载荷下仍然表现出类似于完美五边形石墨烯的塑性变形破坏特征,不受约束升温时出现碳环结构转变,临界转变温度高于五边形石墨烯,而完全官能化可使五边形石墨烯由塑性向脆性变形破坏机制的转变,升温时五边形石墨烯并未出现碳环结构的转变.研究结果可为有效调控五边形石墨烯等二维纳米尺度材料的力学性能提供理论基础和结构设计依据.

1 引言

碳是自然界中最广泛存在的重要元素,碳原子由于其独特的电子构型和较小的原子半径,成键与杂化方式灵活多样,可以形成多种结构和性能迥异的同素异形体.从古老的石墨、金刚石到新近发现的富勒烯、碳纳米管和石墨烯乃至石墨炔,探……