Effect of Double-Atom Vacancy Defects on the Elastic Properties of Single-Layered Graphene Sheets

Abstract

A molecular structural mechanics approach is used to study the effect of double-atom vacancy defects (DAVD) on the elastic properties of zigzag and armchair single-layered graphene sheets (SLGS). To this end, the space frame structure is also adopted to model the interatomic forces of the C–C bonds. The numerical simulation results obtained via the finite element method strongly suggest that double-atom vacancy defects reduce the elastic module of SLGS, which effect weakens with graphene size. Finally, the elastic modulus and Poisson’s ratio of SLGS are found to decrease with the number of DAVDS.

В рамках подхода молекулярной структурной механики исследуется влияние двойных атомарных вакансионных дефектов кристаллической решетки на упругие свойства однослойных листов графена с зигзагообразной и плетеной структурой. Для моделирования межатомных сил связей типа углерод–углерод используется пространственная структурная сетка. Результаты численного моделирования, полученные методом конечных элементов, подтверждают, что наличие указанных вакансионных дефектов снижает модуль упругости графена, что приводит к уменьшению его несущей способности. Установлено, что увеличение количества вакансионных дефектов обусловливает снижение модуля упругости и коэффициента Пуассона однослойных листов графена.

У рамках підходу молекулярної структурної механіки досліджується вплив подвійних атомарних вакансійних дефектів кристалічної гратки на пружні властивості одношарових листів графена із зигзагоподібною та плетеною структурою. Для моделювання міжатомних сил зв’язків типу вуглець–вуглець використовується просторова структурна сітка. Результати чисельного моделювання, отримані методом скінченних елементів, підтверджують, що наявність указаних вакансійних дефектів знижу є модуль пружності графена, що призводить до зменшення його несівної здатності. Установлено, що збільшення кількості вакансійних дефектів призводить до зниження модуля пружності та коефіцієнта Пуассона одношарових листів графена.