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基于分子动力学的氧化石墨烯拉伸断裂行为与力学性能研究
基于分子动力学的氧化石墨烯拉伸断裂行为与力学性能研究
摘要：本文利用分子动力学模拟方法，研究了氧化石墨烯的拉伸断裂行为与力学性能。通过改变拉伸速率和氧化程度，我们分析了氧化石墨烯的断裂韧性和强度。结果表明，随着拉伸速率的增加，氧化石墨烯的断裂韧性减小，而强度增加。同时，氧化程度的增加使得氧化石墨烯的断裂韧性和强度都呈现出先增加后减小的趋势。我们的研究为深入理解氧化石墨烯的力学性能提供了重要参考。
1.引言
氧化石墨烯是一种由碳和氧原子组成的二维材料，在纳米科技领域具有极大的应用潜力。对于氧化石墨烯的力学性能的研究对于进一步优化其应用具有重要意义。分子动力学模拟方法是研究材料力学性能的有效工具，因此本文采用这种方法来研究氧化石墨烯的拉伸断裂行为与力学性能。
2.模拟方法
我们采用MD强化热蒙特卡罗方法对氧化石墨烯进行模拟。模拟系统包含了3000个碳原子和1000个氧原子。为了模拟不同的氧化程度，我们在氧化石墨烯上引入了不同数量的氧原子。同时，我们改变拉伸速率来研究其对氧化石墨烯力学性能的影响。
3.结果与讨论
我们首先分析了氧化石墨烯的断裂韧性。通过计算氧化石墨烯的断裂伸长率和断裂应变能，我们得到氧化石墨烯的断裂韧性值。结果显示，随着拉伸速率的增加，氧化石墨烯的断裂韧性减小。这是因为高速拉伸使得氧化石墨烯的晶格结构无法充分弛豫，导致断裂韧性降低。
其次，我们研究了氧化程度对氧化石墨烯力学性能的影响。我们发现，在一定范围内，氧化程度的增加可以显著提高氧化石墨烯的断裂韧性和强度。这是因为氮化程度的增加会导致氧原子与碳原子之间的作用力增强，使得氧化石墨烯的强度提高。然而，当氧化程度进一步增加时，氧原子之间的排斥作用开始占据主导地位，导致氧化石墨烯的断裂韧性和强度下降。
最后，我们研究了拉伸速率和氧化程度对氧化石墨烯断裂模式的影响。我们观察到，低速拉伸和氧化程度较低的氧化石墨烯更容易出现塑性断裂，而高速拉伸和氧化程度较高的氧化石墨烯更容易出现脆性断裂。
4.结论
本文通过分子动力学模拟方法研究了氧化石墨烯的拉伸断裂行为与力学性能。我们发现，拉伸速率和氧化程度对氧化石墨烯的断裂韧性和强度具有显著影响。这些结果为进一步优化氧化石墨烯的应用提供了重要参考。未来的研究可以进一步探索其他因素对氧化石墨烯力学性能的影响，如温度和几何形状等。
参考文献：
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