石墨烯涟漪的形成能及石墨烯表面起伏对其性质的影响

Graphene is a carbon membrane formed by one layer of carbon atoms connected by covalent bonds. Undulations of membrane, which make the graphene stable at room temperature, is an intrinsic property of graphene. In particular, the formation of periodical ripple under certain conditions is one of the most attractive undulation phenomena. To theoretically understand the effect of undulations to the properties of graphene, we will develope the elastic theory of membrane for graphene, obtain the compact model of ripple's formation energy based on the results of non-equilibrium molecular dynamic simulations with the application of Jarzynski equality. We will also study how the external fields influence the undulations of graphene, as well as the physical implications of controllable undulations to the graphene devices.

石墨烯是由一层碳原子通过共价键连接而形成的"膜"。石墨烯碳膜有明显的起伏，这种起伏是石墨烯的内禀性质，它使得石墨烯可以在室温下稳定存在。在一定的条件下石墨烯可以有不同的稳定的起伏状态，比如周期性的涟漪。为了从理论上研究石墨烯的起伏对石墨烯的性质的影响, 本项目计划发展膜的弹性理论，借助非平衡分子动力学模拟和Jarzynski等式，研究石墨烯涟漪的形成能，给出石墨烯涟漪形成能的简洁理论模型。再进一步研究外场如何影响石墨烯的起伏状态。最后本项目还将分析控制石墨烯起伏对实现石墨烯器件功能的意义。

结题摘要：在本基金项目执行过程中，我们围绕石墨烯弹性性质这一中心议题，运用项目负责人自己发展起来的，已得到国际纳米力学界公认的碳纳米材料弹性膜理论，在与石墨烯和碳纳米管弹性有关的课题研究中取得了一系列成果，包括发表3篇SCI检索论文。..我们主要研究方法是从实际问题出发，根据基本的物理原理建立理论模型，运用数学方法，得到解析结果，并辅以数值计算，达到解决实际的问题的目标。我们对所做的理论研究，掌握全部的技术细节，在方法上自成体系。..我们和国际著名碳纳米材料学家Dresselhaus教授合作，为一个正在研制中的碳纳米管纳米器件进行了理论建模和分析，为实验家提供理论指导。我们的合作文章为Dresselhaus教授生前完成的最后合作工作之一。我们还和Dresselhaus教授等实验家合作，对扭曲的双层石墨烯中的低频拉曼光谱进行了理论分析，用拉曼光谱方法研究扭曲双层石墨烯的弹性性质。..作为二维弹性膜理论的应用，我们也研究了和石墨烯材料有相似之处的血红细胞膜和其他二维弹性材料。..通过本基金项目的执行，我们运用弹性膜理论解决了和石墨烯弹性有关的问题，加深了对石墨烯及类似二维弹性材料的认识和理解，在解决问题的同时，也发展了这一理论方法，拓展了它的适用范围。