Molecular dynamics studies on mechanical properties and deformation mechanism of graphene/aluminum composites

石墨烯 材料科学 复合材料 变形(气象学) 曲率 变形机理 位错 复合数 压缩(物理) 高斯曲率 分子动力学 纳米技术 微观结构 几何学 计算化学 化学 数学
作者
Mengying Li,Xiao-Wen Lei
出处
期刊:Computational Materials Science [Elsevier BV]
卷期号:211: 111487-111487 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.commatsci.2022.111487
摘要

• We applied a new method for calculating material surface curvature using model coordinates. • For the first time, we calculated the mean curvature of the Graphene/Aluminum composites to quantitatively analyze the deformation. • Using RDF to observe the changes in the microstructure of graphene/aluminum composites during compression. • The plastic deformation during uniaxial compression is consistent with the experimental results. In this study, the mechanical properties of a graphene/aluminum (Gr/Al) composite under uniaxial tension and compression were investigated using molecular dynamics (MD) simulations. Six different simulation models were used to investigate whether the addition of graphene significantly improved the stiffness and strength of Gr/Al composites. Moreover, the results show that the existence of a graphene layer can effectively prevent the propagation of dislocations at the interface, thus improving the mechanical properties of the composites. The deformation mechanism of the composites was studied by comparing the effects of the deformation behavior, compressive stress, and dislocation. The dislocation movement of the Al matrix during compression was further investigated. It was determined that stair-rod and Hirth dislocations occurred in the Al matrix, and the graphene layers exhibited bulging and kink deformation. Furthermore, the mean curvature and Gaussian curvature of the compressed graphene surface were measured, and the deformation characteristics of graphene in the composites were considered using the geometric method. We applied a new method to calculate the surface curvature and mechanical material deformation.
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