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研究蛋托型石墨烯的弯曲模量与厚度之间的关系是一个复杂而引人入胜的领域。在这个探索中,我们需要克服结构和曲率等差异的干扰,同时还受限于计算资源和能力。因此,我们选择了t1/t2-i系列中添加不超过4层石墨烯纳米带的构型,以确保结构和曲率高度相似。我们构建了10种拥有相似结构和曲率的1x4x1超胞和弯管,这使得我们能够深入研究弯曲过程中的细微变化。
图3.3展示了这些大曲率的弯管,它们都具有四边形的截面。与初始的褶皱状蛋托型石墨烯单层相比,在弯管中,它们经历了厚度的微小变化。此外,厚度方向顶端和底端的五元碳环,在弯管中分别形成了略微外凸的连接点和略微内凹的中心,从而构成了四边形截面的弯管。
通过对这些形变进行分析,我们发现蛋托型石墨烯原胞在大曲率弯管中的主要形变来自于厚度的微小变化以及连接点五元碳环的折叠。而在具有相同弯曲方向扩胞数和相似曲率的蛋托型石墨烯超胞中,这两种形变和影响也相对接近。因此,尽管消除曲率的影响可能是困难的,至少我们应该保持曲率的一致性。
从图3.4a和b中可以看出,t1和t2系列蛋托型石墨烯的弯曲模量与厚度呈现明显的线性关系。这意味着石墨烯的厚度与其弯曲模量成正比,与其弯曲性能成反比,这与我们在日常生活中的经验一致,较厚的褶皱曲面比薄且平整的平面更难弯曲和折叠。
另外,我们注意到厚度是决定石墨烯弯曲模量的关键参数之一。不仅如此,厚度的变化会显著影响弯曲模量的大小。不同的t1和t2系列之间的微小结构和曲率差异几乎可以忽略不计,它们的线性关系也高度重合,如图3.5所示。这表明在消除结构和曲率等差异的影响后,弯曲模量主要由厚度决定,并且二者之间呈现出显著的线性关系。
总之,在单层蛋托型石墨烯的研究中,厚度是决定弯曲模量的关键因素,它与弯曲模量呈线性关系。尽管曲率和结构等差异可以显著影响石墨烯的弯曲模量,但线性关系不受外界因素和计算精确度等差异的影响,具有稳定性。这为调控石墨烯的弯曲模量提供了理论指导。
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