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1、碩士學(xué)位論文石墨烯/Al基復(fù)合材料界面性質(zhì)與電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究RESEARCHONINTERFACEPROPERTIESANDELECTRONICSTRUCTUREOFGRAPHENE/ALCOMPOSITESBYFIRST-PRINCIPLESCALCULATION劉越哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國內(nèi)圖書分類號：TG146.2+1學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：669.295密級：公開工程碩士學(xué)位論文石墨烯/Al基復(fù)合材料界面性質(zhì)與電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究碩士研究生：劉越導(dǎo)師：孫東立教授申請學(xué)位：工
2、程碩士學(xué)科：材料學(xué)所在單位：材料科學(xué)與工程答辯日期：2018年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TG146.2+1U.D.C:669.295DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONINTERFACEPROPERTIESANDELECTRONICSTRUCTUREOFGRAPHENE/ALCOMPOSITESBYFIRST-PRINCIPLESCALCULATIONCandidate：LiuYueSupervisor：
3、Prof.SunDongLiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MasterialsScienceAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文摘要石墨烯具有遠遠高于傳統(tǒng)材料的物理及力學(xué)性能，且二者
4、完美統(tǒng)一，是理想的增強體材料，已證明其作為增強體能夠大幅提升復(fù)合材料性能。石墨烯/Al復(fù)合材料具備高比強度、優(yōu)異延展性及良好機加性能，其較于傳統(tǒng)Al基復(fù)合材料性能有顯著改善。目前石墨烯/Al復(fù)合材料的試驗研究主要在組織表征與性能研究等領(lǐng)域，而對復(fù)合材料結(jié)合的重點—界面結(jié)合機制的研究受石墨烯特點及設(shè)備因素制約。第一性原理在復(fù)合材料界面結(jié)合、成鍵類型、界面電子結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域研究不受材料和儀器限制，彌補了試驗的不足。本文采用第一性原理研究了石墨烯/Al復(fù)合材料相界面的界面穩(wěn)定性、能量大小、電子結(jié)構(gòu)。石墨烯/Al復(fù)合材料存
5、在石墨烯、Al、Si及4H-SiC相。對多層石墨烯的能量計算結(jié)果表明：雙層石墨烯以AB型堆垛順序排列、三層石墨烯以ABA型堆垛順序排列的總能量較低。對石墨烯的單空位缺陷、雙空位缺陷及拓?fù)淙毕萑N缺陷的能量討論，缺陷類型為拓?fù)淙毕輹r，缺陷形成能最?。蝗毕莸囊肽軌蛱岣呤┑姆墙饘傩?，同時缺陷對石墨烯起到釘扎作用。對石墨烯/Al復(fù)合材料的Al、Si、4H-SiC相的多個低指數(shù)表面的表面能計算結(jié)果表明，表面能最低的表面分別是Al(111)面、Si(011)面，能量值分別為0.6363J/m2、1.0556J/m2；
6、4H-SiC的非極性表面中SiC(112?0)面表面能最低；4H-SiC極性表面中和非極性表面SiC(0001)-Si終端，表面Si原子僅含有一個未飽和鍵的表面的表面能最低。利用第一性原理研究了合金元素?fù)诫s的純Al/石墨烯/純Al界面的界面穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)。對于Al/石墨烯/Al界面模型，不同層數(shù)石墨烯及不同的石墨烯-Al間界面結(jié)合方式幾乎不影響界面結(jié)合強度；結(jié)合界面分離功和界面間距判定界面結(jié)合機制為弱相互作用（物理吸附）或機械結(jié)合；Al/缺陷石墨烯/Al界面的界面結(jié)合穩(wěn)定性較純鋁有所提升，界面分離功大小提升到
7、-1.1764J/m2。分別引入Si、Mg合金元素，均提高了界面的界面分離功。摻雜原子與石墨烯間存在電子相互作用，Si、Mg原子與石墨烯結(jié)合機制為強相互作用（化學(xué)吸附）。本文研究了石墨烯/Al復(fù)合材料相界面性質(zhì)。Si/單層石墨烯/Si界面的界面分離功大小為0.0278J/m2，Si和C之間存在少量電荷轉(zhuǎn)移。SiC/單層石墨烯/SiC界面中SiC(112?0)/石墨烯(0001)/SiC(112?0)界面的界面分離功值較高，為0.0132J/m2。SiC(112?0)/石墨烯(0001)/SiC(112?0)界面
8、第一層Si原子與石墨烯間與C和石墨烯間相比發(fā)生更加強烈的電荷轉(zhuǎn)移，其界面結(jié)合機制主要為SiC中的Si原子與石墨烯C原子的共價結(jié)合。對于Al/石墨烯/Si界面，Al(111)/單層石墨烯/Al(111)界面的界I哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文面分離功值為0.191J/m2；Al(111)/雙空位缺陷石墨烯/Al(111)界面的界面分離功值為1.7695J/m2。Al(111)/雙空位缺陷
