JPCM编辑优选：缺陷石墨烯环的褶皱行为及热导率特征研究
文章介绍
Qingxiang Ji（吉庆祥）, Bohan Li（李勃含）, Muamer Kadic and Changguo Wang（王长国）
通讯作者：
- 王长国，哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所
研究背景：
优异的热力学和光学性能使石墨烯成为微纳米电子系统等应用的理想材料。石墨烯是单层原子结构，极易发生褶皱失稳现象，造成其功能损失甚至结构破坏。然而，褶皱行为也为调节石墨烯物理特性提供了一个有效手段，且该调节是可恢复的、可重复利用的，不破坏石墨烯结构的完整性。在单层石墨烯环中，径向花瓣形状是最常见的褶皱模式，其通过简单的内部区域扭转即可获得。然而，其形成和演化机制的理论预报模型却鲜有报道。
石墨实际制备时不可避免的产生缺陷，这将对其褶皱行为以及导热性能产生影响。对于缺陷和褶皱对石墨烯环面内导热特性综合影响的研究较少，更不用说利用缺陷和褶皱调控实现特定功能。填补这一研究空白，成为本文的首要研究意义。
研究内容：
石墨烯环在生物调制器、电化学生物传感器和谐振器等领域具有广阔的应用前景，但其易产生褶皱，影响其物理性能。本研究首先建立了一个理论模型以预测含缺陷的单层石墨烯环的扭转褶皱行为，对褶皱形貌精确预测。结果表明，随着扭转角的增大，沿方位角方向出现正弦褶皱;随着扭转角的进一步增大，高度图案化的褶皱逐渐变得不规则，最终由于碳碳键断裂而消失。此外，空位缺陷可以促进褶皱的产生，延缓石墨烯环的坍塌，削弱褶皱水平。然后研究了褶皱程度、缺陷浓度和尺寸效应对石墨烯环导热性能的影响。结果表明，随着尺寸、缺陷浓度和扭转角的增大，褶皱的幅波比逐渐增大，且空位缺陷和尺寸效应对导热性能的影响更显著。最后通过声子态密度揭示了褶皱和缺陷对导热系数的内在影响机制。相关结果为通过力学手段调控石墨烯环的物理特性提供了理论指导，助力石墨烯微纳米器件的发展和应用。
作者介绍
王长国 教授
哈尔滨工业大学
- 王长国，哈尔滨工业大学长聘教授、入选国家级人才计划。主要从事柔性复合材料与结构力学研究，主持国家自然科学基金和国家重大科技专项等项目。授权发明专利100余项，技术转化应用10余项。成果发表于JMPS、CSTE、Compos Part A, AIAA J. 等力学与航天领域著名期刊，出版专著3部。获省部级科技奖励6项、黑龙江省青年科技奖。
期刊介绍
- 2023年影响因子：2.3 Citescore: 5.3
- Journal of Physics: Condensed Matter (JPCM)为读者提供凝聚态物理、软物质、纳米科学和生物物理各领域的最新研究成果。JPCM发表实验/理论分析和模拟研究，读者可以获取涉及下列领域的专题综述、快报和特刊：表面、界面和原子尺度的科学，液体、软物质和生物物理，纳米材料和纳米电子，固体结构的晶格动力，电子结构，超导体和金属、半导体，电介质和铁电，以及磁学与磁性材料。