石墨烯缺陷类型对石墨烯液相剥离影响的分子动力学模拟

万清喆; 陈俊; 夏荣庆; 蔡璐

doi:10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202404041

武汉工程大学学报 ›› 2026, Vol. 48 ›› Issue (1) : 54 -62. DOI: 10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202404041

石墨烯缺陷类型对石墨烯液相剥离影响的分子动力学模拟

万清喆, 陈俊, 夏荣庆, 蔡璐

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摘要

液相剥离法是一种可获得较高产率和单层率的石墨烯制备方法，该方法的预产物边缘大多存在缺陷，影响其后续剥离的难易及最终剥离产率和单层率，本文研究了石墨烯边缘缺陷形状对其液相剥离效果的影响。采用分子动力学模拟方法，以初始层间距为0.66 nm的石墨烯为对象，统计层间溶剂分子数量分析插层动力学；同时测量将缺陷石墨烯层间距从0.34 nm增至0.66 nm所需的垂直拉力，以及层间距为0.66 nm时水平剥离所需的最小剪切力。结果表明，边缘缺陷可显著促进石墨烯的液相剥离过程：缺陷加速溶剂分子插层，使单分子层密度提升12%～20%，并将水平剥离所需最小剪切力降低8%～33%。其中阶梯形状缺陷效果最为突出，且该规律在不同溶剂体系中保持一致。边缘缺陷可通过促进溶剂插层与降低剥离阻力改善石墨烯剥离效果。基于缺陷形成机制，建议在液相剥离过程中结合超声与低速剪切搅拌，以提升石墨烯产率与单层率。