镁原子与掺杂石墨烯吸附体系的微观结构分析

山西中北大学机电工程学院 向丰华

镁原子与掺杂石墨烯吸附体系的微观结构分析

山西中北大学机电工程学院 向丰华

运用密度泛函理论对镁原子与掺杂石墨烯之间的吸附反应进行了第一性原理计算，研究了掺杂原子对石墨烯以及镁原子吸附对掺杂石墨烯的微观结构影响。本文为镁原子与石墨烯的实验研究提供了重要的理论基础，具有重要的实践指导意义。

密度泛函；镁原子；石墨烯；微观结构

引言

镁基复合材料拥有优异的力学和物理性能，但其弹性模量普遍偏低从而极大地限制了其在结构材料领域的广泛应用。石墨烯具有高弹性模量（约1TPa）与断裂强度（约125GPa）［1］，将石墨烯作为镁基复合材料的增强相，能有效地提高镁金属及镁合金的强度、弹性模量等性能。因此研究镁与石墨烯的界面反应是该领域研究的重要课题。由于本征石墨烯是带隙为零的半导体［2］且本征石墨烯这种带隙为零的能带结构容易受到各种外在因素的影响，例如空位缺陷、表面吸附、晶格畸变以及掺杂等。这些因素的影响会导致本征石墨烯的带隙打开，同时带来各种独特的性质，从而会对镁与石墨烯的相互作用造成影响。因此，本文主要从硼（B）、氮（N）和硅（Si）三种非金属元素掺杂石墨烯的角度出发，对镁原子与掺杂石墨烯吸附体系的结构性质进行研究。

1 吸附模型与计算参数

1.1 吸附模型的建立

首先，建立一个4×4周期性石墨烯超晶胞，模型中碳碳键长为1.425，超晶胞晶格常数a=b=9.870。……