石墨烯等二維結構中的缺陷會顯著影響其力學和物理性能。因此，系統(tǒng)地研究石墨烯中缺陷動力學的時間演化具有重要的意義。采用分子動力學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描述。
圖1. 缺陷石墨烯的典型結構。(a)DD
4的模擬單元格;(b)偶極子部分模擬單元;五原子環(huán)呈藍色，七原子環(huán)呈紅色;所有結構均以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事件:(I)滑移;(II)形成新的形成缺陷;(III)位錯相互向對方運動。五原子環(huán)呈藍色，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和主要動力學事件類型。五原子環(huán)呈藍色，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。
相關研究成果由俄羅斯科學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
轉自《石墨烯研究》公眾號
