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1. 研究目的与意义（文献综述）
石墨烯是由sp2方式杂化的 c-c 键排列而成的单原子厚度蜂窝状晶体结构，具备极其优异的力学、热学和电学性能，是目前已知强度最高的材料之一，将来有望在纳米机械电子（nmes)、医学检测、光学显示、新能源等领域发挥重要的作用，而纳米结构的机械稳定性影响着它的应用，因此对石墨烯纳米力学性能的研究显得非常重要。
人们可以通过化学气相淀积cvd、机械剥离和加热sic等方法来制备石墨烯，并且可以通过化学功能修饰的方法来改变石墨烯的特性。但是实际上无论是材料的制备工艺还是化学处理的过程都会带来石墨烯结构上的缺陷，例如空位缺陷、sw（stone-wales）拓扑缺陷、增原子缺陷等，而缺陷不仅会影响石墨烯的力学性能和热导率，同时也会对其电学性能产生较大的影响。研究发现，可以通过控制石墨烯中缺陷的类型、石墨烯结构等，来实现对石墨烯性能的调控。所以对缺陷的研究对于石墨烯的了解和应用具有重要的意义。
研究石墨烯的力学性能，目前主要有实验测试、数值模拟和理论分析 3 种途径。lee等人[]采用原子力显微镜(atomicforcemicroscope)通过纳米压痕方法测得石墨烯中心的杨氏模量为10±0.1tpa(石墨烯的厚度假定为0.335纳米)，但由于高质量石墨烯材料的制备困难和可用于实验的设备较少，现阶段对石墨烯进行力学性能的测试难度很大,所以许多研究者采用数值模拟和理论分析的方法进一步研究含有缺陷的单层石墨烯的拉伸响应和热导率等性质。例如hao bu[]等人利用分子动力学方法研究了石墨烯条带的力学性能，得到石墨烯条带的断裂应变约为 0.303，理想强度为 175gpa，并表现出非线性弹性行为。zacharias[]等人应用非平衡分子动力学方法计算了结构缺陷对石墨烯热导率的影响．研究了孤立的点缺陷、由点缺陷形成的线缺陷及扩展位缺陷排布对石墨烯热导率的影响，结果显示，缺陷的存在主要是减小了声子的平均自由程，进而导致石墨烯的热导率各向异性，且在数值上减小1-2个量级。guillermo[]等人系统地研究了通过控制缺陷密度来调控石墨烯的杨氏模量等性能，他们发现当缺陷含量为0.2％时，石墨烯的杨氏模量增加了一倍，这与以往认识有很大的差异，且随着缺陷含量的继续增加，石墨烯的杨氏模量和抗裂强度逐渐减小。数值模拟计算方法，计算得到了石墨烯杨氏模量、拉伸强度等基本力学性能参数，有效地解决了实验操作困难的问题，且对比实验数据后，其所得结果具有很大的参考意义。
2. 研究的基本内容与方案
基本内容：1.调研石墨烯材料力学性质研究的发展及应用
2.学习使用分子动力学模拟方法研究石墨烯材料拉伸的力学性质
3.研究缺陷位置对拉伸应力，拉伸形变的影响。
3. 研究计划与安排
第1-3周：调研纳米尺度下石墨烯力学研究领域的科研文献，熟悉选题，完成外国文献翻译工作，撰写并提交开题报告；
第4-5周：学习应用分子动力学模拟软件lammps，了解分子动力学的原理，包括基本方程，数值积分算法，温度和压力调节，初始条件设定，原子间相互作用势函数等，掌握纳米尺度下石墨烯力学研究的模型建立、问题描述、计算及数据分析处理等技能；
第6-11周：构建力学模型，针对单层石墨烯拉伸力学性能的影响做出仿真，得出缺陷对力学参数和变形机制的影响，研究不同缺陷类型，缺陷位置对石墨烯拉伸力学性质的影响。
4. 参考文献（12篇以上）
1. li, h. branicio, p. s. ultra-low friction of graphene/c60/graphene coatings for realistic rough surfaces. carbon 152, 727-737, doi:10.1016/j.carbon.2019.06.020 (2019).
2. 马江将, 李克训, 周必成, 谷建宇 贾琨. 缺陷位置对单层石墨烯拉伸形变的影响.计算物理 35, 475-480 (2018).
3. wang, l., williams, c. m., boutilier, m. s. h., kidambi, p. r. karnik, r. single-layer graphene membranes withstand ultrahigh applied pressure. nano letters 17, 3081-3088, doi:10.1021/acs.nanolett.7b00442 (2017).
