采用Tersoff 勢函數(shù)與LJ 勢函數(shù)，結(jié)合速度形式的Verlet 算法，建立了有不同手性、不同硅碳比和不同空位缺陷率的兩層和三層硅功能化石墨烯的分子動力學(xué)數(shù)值模型，測算了石墨烯的層間距為0.335 nm。模擬了硅碳比和空位缺陷率分別為1.435%和0%的三層鋸齒型硅功能化石墨烯模型的弛豫性能，并利用VMD 可視化軟件再現(xiàn)了模型的弛豫過程。通過設(shè)置兩類跟蹤原子，歸納和總結(jié)了原子在法向振動幅度隨著原子坐標(biāo)的變化規(guī)律。

　　2010 年英國曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖羅夫因?yàn)樵谑�墨烯方面的開創(chuàng)性試驗(yàn)而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。石墨烯是繼碳納米管之后被發(fā)現(xiàn)的又一新型碳質(zhì)納米材料，具有獨(dú)特的單原子層厚度的二維晶體結(jié)構(gòu)，建立了碳晶體結(jié)構(gòu)從零維到三維的完整體系。石墨烯因其優(yōu)異的力學(xué)( 抗拉強(qiáng)度和彈性模量分別為125 GPa 和1.1TPa) 、光學(xué)( 可見光透射率為97.7%) 、電學(xué)( 電子遷移率為2 × 10⁵ cm² /V·s，電導(dǎo)率為10⁶ S /m，具有半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)) 和熱學(xué)( 室溫導(dǎo)熱率為5 × 10³W/m·K) 性能，近年來成為凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)等眾多領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。

　　硅功能化石墨烯因其大比表面積(2600 m² /g)和蜂窩狀空穴結(jié)構(gòu)，被認(rèn)為是最具潛力的下一代鋰離子電池陰極材料。Hayner 等研究發(fā)現(xiàn)，硅功能化石墨烯作為鋰離子電池的負(fù)極材料時電池的容量是普通負(fù)極材料的好多倍。鑒于硅功能化石墨烯作為鋰離子電池負(fù)極材料的廣闊應(yīng)用前景，研究鋰離子在插入和脫插過程中對材料力學(xué)性能的影響顯得非常重要。為了奠定后續(xù)深入研究的基礎(chǔ)，利用分子動力學(xué)方法建立硅功能化石墨烯的數(shù)值模型，并探究其弛豫性能。

1、硅功能化石墨烯的數(shù)值模型

　　建模采用大規(guī)模原子/分子并行模擬器( LAMMPS，Large-scale Atomic /Molecular MassivelyParallel Simulator) 模擬軟件。

　　石墨烯是由sp2 雜化的碳原子緊密排列的具有單原子厚度的碳基二維晶體結(jié)構(gòu)，厚度僅為0.35nm，碳-碳鍵長為0.142 nm，每個晶格內(nèi)有3 個σ 鍵，垂直于晶面方向上有π 鍵，通過在其表面形成褶皺(如圖1) 或吸附其它分子來維持自身的穩(wěn)定。根據(jù)石墨烯邊緣碳鏈的不同，可以將石墨烯分為鋸齒型和扶手椅型兩種結(jié)構(gòu)(如圖2) 所示。

圖1 單層石墨烯的烯褶皺表面

圖2 石墨烯的兩種手性

3、結(jié)論

　　采用Tersoff 勢函數(shù)和LJ 勢函數(shù)，結(jié)合速度形式的Verlet 算法，分別建立了一層、兩層和三層不含空位缺陷與含空位缺陷的鋸齒型和扶手椅型硅功能化石墨烯分子動力學(xué)數(shù)值模型，并測算了石墨烯的層間距為的0. 235 nm 通過模擬硅碳比和缺陷率分別為1. 435% 和0% 的三層鋸齒型硅功能化石墨烯模型的弛豫，發(fā)現(xiàn)弛豫后的模型沿著縱向有周期起伏現(xiàn)象，并且振動幅度和頻率隨著弛豫時間而逐漸減小，隨之趨于穩(wěn)定。最后通過設(shè)置兩類追蹤原子，研究了原子振動幅度與其坐標(biāo)位置的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在弛豫過程中，外層原子活動比較劇烈，中間層原子位置變化較小。在同一層上的原子，邊緣原子的振動幅度較大，越往中心，起伏幅度較小。