金屬-石墨烯層狀復合材料的缺陷性能研究.pdf

1、在核反應過程中，堆芯結構材料在高強度的輻照下產生的空位和間隙會隨時間演變成缺陷團簇、位錯和晶界，最終導致材料腫脹、高溫晶界脆化、表面粗化和起泡，從而力學性能降低。所以，研發(fā)能夠適應核能系統(tǒng)發(fā)展的抗輻照材料是有必要的。石墨烯以其良好性能使有的石墨烯復合材料具有卓越的性質和廣闊的應用前景。有研究表明，金屬-石墨烯層狀復合材料中的石墨烯可以阻礙位錯的擴展，因而銅-石墨烯層狀復合材料可能具有良好的抗輻照性。為了全面了解金屬-石墨烯層狀復合材料的

2、抗輻照性能，需要深入研究金屬/石墨烯/金屬界面附近的點缺陷行為。本文采用第一性原理，利用VASP軟件包，研究了金屬/石墨烯/金屬界面附近點缺陷的形成和遷移行為。主要內容和結論如下：
　　1.采用第一性原理研究了銅/石墨烯/銅層狀復合材料（Cu/Gr/Cu）中點缺陷的特性，并與本征石墨烯和純銅中的點缺陷比較，分析了石墨烯對點缺陷行為的影響范圍及其影響機理。計算結果表明Cu/Gr/Cu中的碳空位形成能較本征石墨烯的空位形成能偏小。界面

3、處的銅和碳間隙都是在fcc間隙位置最穩(wěn)定。Cu/Gr/Cu界面對銅間隙原子的影響遠大于對碳間隙原子的影響，銅的點缺陷會被界面捕獲，且界面對銅缺陷的捕獲范圍約為15?。
　　2.采用 CI-NEB方法計算了 Cu/Gr/Cu中點缺陷的遷移機制。結果表明：Cu/Gr/Cu中的碳空位遷移能壘較本征石墨烯要小。界面附近的銅空位可能朝著界面中心遷移。銅和碳間隙在最穩(wěn)定的倆近鄰fcc間隙位置之間的遷移需經過hollow位置。銅間隙原子在界面中

4、比在純銅中更容易遷移。
　　3.采用第一性原理研究了鎳/石墨烯/鎳層狀復合材料（Ni/Gr/Ni）中點缺陷的特性。計算結果表明碳空位的形成能在 Ni/Gr/Ni中比在本征石墨烯中顯著降低。界面處鎳間隙在hollow位置最穩(wěn)定。相對于碳間隙原子，鎳間隙原子受到界面的影響更為明顯。界面可以捕獲鎳的空位和間隙，且對鎳點缺陷的捕獲范圍約為12.5?。
　　4.采用CI-NEB方法計算了Ni/Gr/Ni中點缺陷的遷移機制。結果表明：N

5、i/Gr/Ni中的碳空位遷移較本征石墨烯中更難。鎳間隙在兩個近鄰hollow間隙位置之間的遷移時，可能會經過fcc位置跳躍到近鄰的hollow位置，或者直接在兩近鄰hollow間隙位置間遷移。鎳間隙原子在界面中比在純鎳中更難遷移。
　　5.對于Cu/Gr/Cu和Ni/Gr/Ni，雖然碳空位的形成能在兩種復合結構中都低于本征石墨烯的空位形成能，但兩者的原因是不同的。金屬-石墨烯復合結構中不同金屬對碳空位遷移的影響也不同。在Cu/Gr