تأثير عيب استون-والز بر استحكام گرافين موج‌دار با استفاده از شبيه‌سازي ديناميك مولكولي

Effect of Stone-Wales Defect on Strength of Rippled Graphene using the Molecular Dynamics Mimulation

گرافين بدون عيب داراي خصوصيات مكانيكي فوق‌العاده‌اي است، ولي گرافين داراي عيوب ساختاري ازجمله عيب استون-والز است كه باعث تغيير خواص فيزيكي آن مي‌گردد. از طرفي، گرافين به‌طوركلي در اثر شرايط ترموديناميكي به‌ صورت كاملاً صاف نيست و داراي موج‌هايي است و وجود ناهمواري در سطح گرافين باعث تغيير رفتار گرافين مي شود. در اين مقاله خصوصيات مكانيكي گرافين موج‌دار داراي عيب استون-والز تحت كشش تك ‌محوره مورد مطالعه قرار گرفته است. سطح ناهموار گرافين موج‌دار بوسيله تابع تصادفي با استفاده از نرم ‌افزار MATLAB مدل شده است و گرافين بدون موج و گرافين موج‌دار داراي عيب استون-والز با يكديگر مقايسه شده‌اند. از شبيه‌سازي ديناميك مولكولي براي بررسي تأثير عيب استون- والز بروي استحكام نهايي گرافين استفاده شده و براي مدل كردن پيوندهاي كووالانسي بين اتم‌هاي كربن از تابع پتانسيل AIREBO استفاده شده است. همچنين كنترل دماي سيستم توسط ترموستات نوز-هوور انجام گرفته است. نتايج نشان مي‌دهند كه عيب استون-والز استحكام نهايي گرافين آرمچير را به ‌شدت كاهش مي‌دهد، اما تأثير كمتري بر استحكام نهايي گرافين در جهت زيگزاگ دارد. همچنين موجدار كردن گرافين عيب­ دار باعث افزايش استحكام كششي در جهت زيگزاگ و كاهش آن در جهت آرمچير خواهد شد.

Graphene without defect exhibits extraordinary mechanical properties. However, it suffers from defects such as Stone-Wales of atoms. Also, graphene, generally completed by thermodynamic conditions, is not smooth and this can change its behavior. In this paper, the stretching stiffness of a rippled graphene containing Stone-Wales defect under uniaxial tensile load is studied. The corrugated surface of the rippled graphene is modeled by a random function using MATLAB software and the flat and rippled graphene sheets are compared. In order to investigate the effect of Stone-Wales defect on the strength of graphene, the molecular dynamics simulation is used and the AIREBO potential function is utilized to model the covalence bonding of the carbon atoms. Also, the Nose-Hoover thermostat is used to control the temperature of the system. The results show that the existence of Stone- Wales defect considerably reduces the strength of armchair graphene, but less effect on strength in zigzag direction. Also, rippling causes an increasing strength in zigzag direction.