Numerical modelling of deformation and destruction of a graphene sheet with internal crack and defect in the form of tetravacancies as well

Abstract

Методом молекулярной динамики исследуются механические характеристики листов графена с различными дефектами: с 575757-666-5757 тетровакансией , со внутренней трещиной, а также с получившейся «квазитрещиной», представляющей собой длинные цепочки вакансий и соответствующих дисклинаций. Исследуется вопрос предпочтительной геометрии берегов новых участков трещин (т.е. новых участков свободных поверхностей трещин, образующихся при росте трещин). Наличие трещины в графене приводит к значительному снижению его прочности (в 3-4 раза). Наличие дефекта в виде тетравакансии слабо влияет на максимальную упругую деформацию и незначительно (на 20-30%) уменьшает прочность на растяжение. В то же время, в отличие от бездефектного графена, графеновые листы под нашим рассмотрением демонстрируют существенную пластичность (величина пластической деформации ~ 6-7%).

The paper presents the results of the molecular dynamics (MD) simulations for deformation and destruction of a graphene sheets with different defects: with a 575757-666-5757 tetravacancies, with a crack and with the emerged «quasicrack», which is a long chain of vacancies and relevant disclinations. The dependence between the stress and strain in graphene sheet is analyzed. The comparison between the results for the case with deformation along the «armchair» direction and for the case with deformation along the «zigzag» direction is provided. The preferred coasts geometry of the new parts of the crack (i.e. new sections of free-surface cracks formed during the growth of cracks) is studied. As a result of the work it is found that the presence of cracks in graphene leads to a significant reduction in its strength (3-4 times). The presence of tetravacancies weakly influences the maximum elastic strain and decreases (by 20-30%) the tensile strength, but at the same time graphene sheets show substantial plasticity (characterized by plastic strain ~6-7%)