Моделирование отслаивания графеновых листов с сохранением времени

Моделирование отслаивания графеновых листов с сохранением времени

Контроль трения и сцепления на атомном уровне имеет решающее значение для эффективного управления движением объектов нано- или микрометрического масштаба на границах раздела. Например, в нанотехнологиях контроль адгезии во время процесса отслаивания графеновых листов играет очень важную роль в манипуляциях и изготовлении.

(a) Схематическая иллюстрация эксперимента по пилингу (вверху) и моделирования пилинга с использованием времени модель потенциального (Б) вертикальная сила, действующая на опорном положении, на графику как функция от отслаивания кромки в процессе пилинга. Характерная ступенчатая структура появляется между B и C и E и F. (c) Переход формы листа графена в кресле (85 * 196 нм2) в процессе отслоения от A к F.

Графен является перспективным материалом благодаря своим механическим, электронным, магнитным, спинтронным и оптическим свойствам. В предыдущей работе сравнение между моделированием и экспериментом по отслаиванию графена выявило его уникальные фрикционные и адгезивные свойства.

Тем не менее, время вычислений становится больше по мере увеличения размера графена, поэтому прямое сравнение моделируемой кривой вертикальной силы с экспериментами затруднительно. Кроме того, также трудно отделить чистые эффекты, связанные с адгезией, от воздействий трения во время процесса отслаивания.

Здесь Риоджи Окамото, Коки Ямасаки и Наруо Сасаки из Университета электросвязи разработали модель потенциального сбережения времени для моделирования адгезионных характеристик во время процесса отслаивания графеновых листов типа кресла от поверхностей подложки из трения графита.

Используя структурную симметрию, графеновый лист типа кресла был приведен к модели эффективной пружины [Fig. (a)]. Затем край пружины модели был поднят вдоль вертикального направления. Для каждой позиции подъема модель была структурно оптимизирована с использованием метода сопряженных градиентов.

Основными результатами были: (1) Время вычислений по этому потенциалу было сокращено до 1/6400 по сравнению с нашей предыдущей моделью. (2) Переход формы листа графена и кривой вертикальной силы, полученной с помощью этой модели, успешно воспроизвел результаты, полученные с помощью нашей предыдущей модели. (3) Эта потенциальная модель была успешно расширена, чтобы включить эффективную жесткость атомно-силовой микроскопии (АСМ), которая состоит из жесткости кантилевера, наконечника и области контакта [Fig. (a)]. Характерная ступенчатая структура вертикальной силовой кривой была получена по расширенной модели [Figs. (b) and (c)].

Наш подход открывает новые направления для многомасштабной физики процесса отслаивания эластичного листа от атомного до микрометрового масштаба и интерпретации силовой спектроскопии, наблюдаемой AFM.

Список литературы

  • Авторы: Рёдзи Окамото, Коки Ямасаки и Наруо Сасаки.
  • Название оригинальной статьи: Новая потенциальная модель для отслаивания графена в кресле на атомном уровне: к пониманию отслаивания в микрометрическом масштабе.
  • Журнал, том, страницы и год: Материалы Химические границы 2 2098-2103 (2018).
  • Цифровой идентификатор объекта (DOI): 10.1039 / c8qm00267c
  • Филиалы: Департамент технических наук, Университет электросвязи.
  • Sasaki Lab. веб-сайт: http://nanotribo.g-edu.uec.ac.jp/

Источник: http://www.ru.uec.ac.jp/

Source link