Моделирование композитов металл-графен методом молекулярной динамики: обзор

Л.Р. Сафина, Ю.А. Баимова, К.А. Крылова, Р.Т. Мурзаев, Р.Р. Мулюков показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 10 августа 2020; Исправлена: 12 августа 2020; Принята: 12 августа 2020
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: Л.Р. Сафина , Ю.А. Баимова , К.А. Крылова , Р.Т. Мурзаев , Р.Р. Мулюков. Моделирование композитов металл-графен методом молекулярной динамики: обзор. Письма о материалах. 2020. Т.10. №3. С.351-360
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-3-351-360

Аннотация

Pressure-strain curves for Ni-graphene systems under hydrostatic tension at 0 K and corresponding snapshots of composite at different strain. Ni atoms are shown by blue and C atoms are shown by red.В настоящее время большой интерес вызывает создание новых композиционных материалов с улучшенными механическими свойствами. Методы моделирования могут значительно улучшить понимание взаимодействия графена с металлической фазой даже на атомистическом уровне. В настоящей работе дается обзор моделирования композитов графен-металл методом молекулярной динамики. Как экспериментальные, так и результаты моделирования показали, что металлическую матрицу можно значительно укрепить за счет чешуек графена и общие механические свойства конечной композитной структуры становятся намного лучше. Рассмотрены два основных типа композитных структур металл-графен: (i) металлическая матрица, усиленная чешуйками графена и (ii) смятый графен (пористая структура, состоящая из скомканных чешуек графена, соединенных между собой силами Ван-дер-Ваальса) как матрица для металлических наночастиц. В ходе обсуждения представлены несколько различных типов межатомных потенциалов, таких как парные потенциалы Леннарда-Джонса или Морзе и другие сложные потенциалы порядка связи для описания взаимодействия металл-углерод. Показано, что даже простые межатомные потенциалы могут быть эффективно использованы для молекулярно-динамического моделирования композитов графен-металл. Особое внимание уделено композиту графен-никель, полученному деформацией и термообработкой из скомконного графена, заполненного наночастицами никеля. Показано, что высокотемпературное сжатие может быть эффективно использовано для создания композита графен-никель с улучшенными механическими свойствами.

Ссылки (83)

1. W. Hong, H. Bai, Y. Xu, Z. Yao, Z. Gu, G. Shi. J. Phys. Chem. C. 114 (4), 1822 (2010). Crossref
2. G. Williams, B. Seger, P. V. Kamat. ACS Nano. 2 (7), 1487 (2008). Crossref
3. R S. Sundaram, M. Steiner, H.-Y. Chiu, M. Engel, A. A. Bol, R. Krupke, M. Burghard, K. Kern, P. Avouris. Nano Lett. 11 (9), 3833 (2011). Crossref
4. E. H. Hwang, S. Adam, S. Das Sarma. Phys. Rev. Lett. 98, 186806 (2007). Crossref
5. S. Adam, E. H. Hwang, V. M. Galitski, S. Das Sarma. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 104, 18392 (2007). Crossref
6. M. I. Katsnelson, F. Guinea, A. K. Geim. Phys. Rev. B. 79, 195426 (2009). Crossref
7. K. M. McCreary, K. Pi, A. G. Swartz, W. Han, W. Bao, C. N. Lau, F. Guinea, M. I. Katsnelson, R. K. Kawakami. Phys. Rev. B. 81, 115453 (2010). Crossref
8. A. G. Swartz, J. R. Chen, K. M. McCreary, P. M. Odenthal, W. Han, R. K. Kawakami. Phys. Rev. B. 87, 075455 (2013). Crossref
9. P. Zhang, J.-T. Li, J.-W. Meng, A.-Q. Jiang, J. Zhuang, X.-J. Ning. AIP Adv. 7, 035101 (2017). Crossref
10. A. Klemenz, L. Oastewka, S. G. Balakrishna, A. Caron, R. Bennewitz, M. Moseler. Nano Lett. 14 (12), 7145 (2014). Crossref
11. Y. Kim, J. Lee, M. S. Yeom, J. W. Shin, H. Kin, Y. Cui, J. W. Kysar, J. Hone, Y. Jung, S. Jeon, S. M. Han. Nat. Commun. 4, 2114 (2013). Crossref
12. H. Dai, A. G. Rinzler, P. Nikolaev, A. Thess, D. T. Colbert, R. E. Smalley. Chem. Phys. Lett. 260, 471 (1996). Crossref
13. P. Nikolaev, M. J. Bronikowski, R. K. Bradley, F. Rohmund, D. T. Colbert, K. A. Smith, R. E. Smally. Chem. Phys. Lett. 313, 91 (1999). Crossref
14. Y. Ogawa, B. Hu, C. M. Orofeo, M. Tsuji et al. J. Phys. Chem. Lett. 3 (2), 219 (2012). Crossref
15. H. Ago, Y. Ito, N. Mizuta, K. Yoshida, B. Hu et al. ACS Nano. 4 (12), 7407 (2010). Crossref
16. K. S. Kim, Y. Zhao, H. Jang, S. Y. Lee, J. M. Kim et al. Nature. 457, 706 (2009). Crossref
17. T. Iwasaki, H. J. Park, M. Konuma, D. S. Lee, J. H. Smet, U. Starke. Nano Lett. 11 (1), 79 (2011). Crossref
18. S. Yoshii, K. Nozawa, K. Toyoda, N. Matsukawa, A. Odagawa, A. Tsujimura. Nano Lett. 11 (7), 2628 (2011). Crossref
19. J. Tersoff. Phys. Rev. B. 39 (8), 5566 (1989). Crossref
20. D. W. Brenner. Phys. Rev. B. 42, 9458 (1990). Crossref
21. S. J. Stuart, A. B. Tutein, J. A. Harrison. J. Chem. Phys. 112 (14), 6472 (2000). Crossref
22. J. A. Baimova, B. Liu, S. V. Dmitriev, K. Zhou. J. Phys. D: Appl. Phys. 48 (9), 095302 (2015). Crossref
23. L. Bai, N. Srikanth, E. A. Korznikova, J. A. Baimova, S. V. Dmitriev, K. Zhou. Wear. 372 - 373, 12 (2017). Crossref
24. G. Dhaliwal, P. B. Nair, C. V. Singh. Carbon. 142, 300 (2019). Crossref
25. H. N. Pishkenari, P. G. Ghanbari. Current Applied Physics. 17 (1), 72 (2017). Crossref
26. Z. D. Sha, P. S. Branicio, Q. X. Pei, V. Sorkin, Y. W. Zhang. Comp. Mat. Sci. 67, 146 (2013). Crossref
27. A. Kuz’kin, A. M. Krivtsov. Doklady Physics. 56, 527 (2011). Crossref
28. Yu. A. Baimova, S. V. Dmitriev, A. V. Savin, Yu. S. Kivshar. Phys. Solid State. 54 (4), 866 (2012). Crossref
29. S. Weng, H. Ning, T. Fu, N. Hu, S. Wang, K. Huang, X. Peng, H. J. Qi, C. Yan. Nano Materials Science. 1 (2), 121 (2019). Crossref
30. J. Uddin, M. I. Baskes, S. G. Srinivasan, T. R. Cundari, A. K. Wilson. Phys. Rev. B. 81 (10), 104103 (2010). Crossref
31. F. Yazdandoost, A. Y. Boroujeni, R. M. Phys. Rev. Mater. 1 (7), 076001 (2017). Crossref
32. J. Charleston, A. Agrawal, R. Mirzaeifar. Comput. Mater. Sci. 178, 109621 (2020). Crossref
33. S. Zhang, P. Huang, F. Wang. Mater. Des. 190, 108555 (2020). Crossref
34. W. D. Luedtke, U. Landman. Phys. Rev. Lett. 82 (19), 3835 (1999). Crossref
35. J. Davoodi, M. Safaralizade, M. Yarifard. Mater. Lett. 178, 205 (2016). Crossref
36. Y. Shibuta, S. Maruyama. Comput. Mater. Sci. 39 (4), 842 (2007). Crossref
37. J. H. Ryu, H. Y. Kim, D. H. Kim, D. H. Seo, H. M. Lee. J. Phys. Chem. C. 114 (5), 2022 (2010). Crossref
38. Z.-C. Lin, J.-C. Huang, Y.-R. Jeng. J. Mater. Process. Technol. 192 - 193, 27 (2007). Crossref
39. S.-K. Chien, Y.-T. Yang, C.-K. Chen. Nanoscale. 3 (10), 4307 (2011). Crossref
40. Y. Shibuta, S. Maruyama. Chem. Phys. Lett. 382, 381 (2003). Crossref
41. Y. Shibuta, J. A. Elliott. Chem. Phys. Lett. 472 (4-6), 200 (2009). Crossref
42. E. C. Neyts, A. Bogaerts. J. Phys. Chem. C. 113, 2771 (2009). Crossref
43. E. C. Neyts, A. Bogaerts. Carbon. 47 (4), 1028 (2009). Crossref
44. E. C. Neyts, Y. Shibuta, A. Bogaerts. Chem. Phys. Lett. 488 (4-6), 202 (2010). Crossref
45. S. Inoue, Y. Matsumura. Chem. Phys. Lett. 469 (1-3), 125 (2009). Crossref
46. S. Inoue, Y. Matsumura. Chem. Phys. Lett. 495, 80 (2010). Crossref
47. I. V. Lebedeva, A. A. Knizhnik, A. M. Popov, B. V. Potapkin. J. Phys. Chem. C. 116 (11), 6572 (2012). Crossref
48. R. Rezaei. Comput. Mater. Sci. 151, 181 (2018). Crossref
49. I. A. Shepelev, E. A. Korznikova, D. V. Bachurin, A. S. Semenov, A. P. Chetverikov, S. V. Dmitriev. Phys. Lett. A. 384, 126032 (2020). Crossref
50. S. Dmitriev, M. Kashchenko, J. Baimova, R. Babicheva, D. Gunderov, V. Pushin. Lett. Mater. 7 (4), 442 (2017). Crossref
51. R. I. Babicheva, J. A. Baimova, S. V. Dmitriev, V. G. Pushin.Lett. Mater. 5 (4), 359 (2015). Crossref
52. L. A. Girifalco, V. G. Weizer. Phys. Rev. 114 (3), 687 (1959). Crossref
53. L. R. Safina, J. A. Baimova, R. R. Mulyukov. Mech Adv Mater Mod Process. 5, 1 (2019). Crossref
54. K. K. Bejagam, S. Singh, S. A. Deshmukh. Carbon. 134, 43 (2018). Crossref
55. K. P. Katin, V. S. Prudkovskiy, M. M. Maslov. Micro Nano Lett. 13 (2), 160 (2018). Crossref
56. A. Y. Galashev, K. P. Katin, M. M. Maslov. Phys. Lett. A. 383 (2-3), 252 (2019). Crossref
57. J. Li, Y. Xiong, X. Wang, S. Yan, C. Yang, W. He, J. Chen, S. Wang, X. Zhang, S. Dai. Mater. Sci. Eng. A. 626, 400 (2015). Crossref
58. Z. H. Zhang, T. Topping, Y. Li, R. Vogt, Y. Z. Zhou, C. Haines, J. Paras, D. Kapoor, J. M. Schoenung, E. J. Lavernia. Scr. Mater. 65 (8), 652 (2011). Crossref
59. F. Liu, P. B. Ming, J. Li. Phys. Rev. B. 76, 064120 (2007). Crossref
60. O. Y. Kurapova, I. V. Smirnov, E. N. Solovyeva, I. Y. Archakov, V. G. Konakov. Lett. Mater. 10 (2), 164 (2020). Crossref
61. D. I. Vichuzhanin, L. A. Yolshina, R. V. Muradymov, A. V. Nesterenko. Lett. Mater. 8 (2), 184 (2018). Crossref
62. J. C. Sun, Z. C. Bai, Z. L. Huang, Z. P. Zhang. Lett. Mater. 10 (2), 200 (2020). Crossref
63. S. Yan, S. Dai, X. Zhang, C. Yang, Q. Hong, J. Chen, Z. Lin. Mater. Sci. Eng. A. 612, 440 (2014). Crossref
64. C. G. Lee, X. D. Wei, J. W. Kysar. J. Hone. Science. 321 (5887), 385 (2008). Crossref
65. O. Guler, N. Bagc. J. Mater. Res. Technol. 9 (3), 6808 (2020). Crossref
66. S. Kumar, S. K. Pattanayek, S. K. Das. J. Phys. Chem. C. 123 (29), 18017 (2019). Crossref
67. D. Lin, M. Motlag, M. Saei, S. Jin, R. M. Rahimi et al. Acta Mater. 150, 360 (2018). Crossref
68. H. Gao, X. Liu, Z. Ai, S. Zhang, L. Liu. Appl. Phys. A. 122, 981 (2016). Crossref
69. L. Li, W. N. Sun, S. B. Tian, X. X. Xia, J. J. Li, C. Z. Gu. Nanoscale. 4, 6383 (2012). Crossref
70. C. X. Zhao, Y. Zhang, S. Z. Deng, N. S. Xu, J. Chen. J. Alloys Compd. 672, 433 (2016). Crossref
71. J. J. Vilatela, D. Eder. Chem. Sus. Chem. 5, 456 (2012). Crossref
72. W. Park, C. Lee, J. M. Lee, N. Kim, G. Yi. Nanoscale. 3, 3522 (2011). Crossref
73. X. Huang, X. Y. Qi, F. Boey, H. Zhang. Chem. Soc. Rev. 41, 666 (2012). Crossref
74. L. Zhang, F. Zhang, X. Yang, G. Long, Y. Wu, T. Zhang, K. Leng, Y. Huang, Y. Ma, A. Yu, Y. Chen. Sci. Rep. 3, 1408 (2013). Crossref
75. N. V. Krainyukova. J. Low Temp. Phys. 187, 90 (2017). Crossref
76. N. V. Krainyukova, E. N. Zubarev. Phys. Rev. Lett. 116 (5), 055501 (2016). Crossref
77. Z. Zhang, A. Kutana, Y. Yang, N. V. Krainyukova, E. S. Penev, B. I. Yakobson. Carbon. 113, 26 (2017). Crossref
78. X. K. Gu, Z. Q. Pang, Y. J. Wei, R. G. Yang. Carbon. 119, 278 (2017). Crossref
79. L. R. Safina, J. A. Baimova. Micro Nano Lett. 15 (3), 176 (2019). Crossref
80. K. A. Krylova, L. R. Safina. J. Phys. Conf. Ser. 1435, 012064 (2020). Crossref
81. L. R. Safina, K. A. Krylova. J. Phys. Conf. Ser. 1435, 012067 (2020). Crossref
82. A. E. Galashev, O. R. Rakhmanova, L. A. Elshina. J. Phys. Chem. B. 12 (3), 403 (2018). Crossref
83. E. D. Kurbanova, V. A. Polukhin, A. E. Galashev. Lett. Mater. 6 (4), 271 (2016). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование

1. Russian Science Foundation - 20-72-10112
2. program of fundamental researches of Government Academy of Sciences of IMSP RAS - -