摘要
石墨烯是一类主要由碳原子所组成的单层碳网路结构,而本身也具有极为优越的机械、热学、光学、电子等特性,在工程实践中运用广泛。石墨烯在实际制造过程中往往具有缺陷，导致石墨烯性能的严重下降。硅原子与碳原子属于同主族的化学元素,其相似的构造与特性为硅元素和碳元素的组合奠定了理论基础。基于石墨烯和硅原子，以石墨烯缺陷为结合点位进行碳硅复合，形成碳硅复合材料的同时，修复石墨烯的缺陷，是一个十分值得关注的问题。本文采用反应分子动力学的方法，模拟了不同工艺条件和物系条件下的具有孔洞缺陷的石墨烯碳硅修复过程，研究了具有孔洞缺陷的单层石墨烯以及多层石墨烯，在不同比例的碳硅沉积物系、不同温度等条件下的修复行为和机理。本文的主要研究内容如下： 针对具有孔洞缺陷的单层石墨烯，基于ReaxFF势函数，采用硅原子作为碳硅修复的沉积物系对石墨烯片层进行孔隙修复，并通过改变硅原子的沉积频率、沉积温度，探究不同工艺条件对单层石墨烯沉积结果的影响；针对具有孔洞缺陷的单层氧化石墨烯，通过调整石墨烯片层上含氧官能团的数量，探究具有孔洞缺陷的氧化石墨烯的碳硅修复机理。 针对具有孔洞缺陷的单层氧化石墨烯，基于ReaxFF势函数，采用硅原子以及甲烷为共混共热物系对石墨烯缺陷进行修复；通过改变碳硅修复物系中甲烷和硅的比例，反应温度等因素探究不同条件下的反应机理。制备多层具有孔洞的氧化石墨烯，通过改变石墨烯之间的位置关系以及缺陷的相对位置，探究具有缺陷的多层石墨烯的碳硅沉积修复机理。通过真空抽滤的方式制备石墨烯薄膜并进行表征。 在各类反应的过程分析和结果分析中，通过对孔洞形态、硅原子分布、整体结构形貌等状态量进行反应的定性分析；通过统计石墨烯基层上的主要原子数量变化（碳原子、硅原子、氧原子）、石墨烯基层中主要化学键数量变化、径向分布函数、配位数（碳碳键、碳硅键、硅硅键、硅氧键）进行反应的定量分析；通过对结构的孔隙分布和大小，结构碳网络的碳环结构数量（五元环、六元环、七元环）、典型结构拉伸强度等结构特征量分析结构的变化与特征。 本文的研究内容能够帮助理解具有孔洞缺陷的石墨烯的碳硅修复机理以及石墨烯的制备。在理论上对基于石墨烯为基体制备碳硅复合材料具有指导意义。
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