精编相同尺寸的扶手椅型石墨烯与碳纳米管的拉伸力学性能分析资料.docx
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精编相同尺寸的扶手椅型石墨烯与碳纳米管的拉伸力学性能分析资料
相同尺寸的扶手椅型石墨烯与碳纳米管的拉伸力学性能分析
MS建模
石墨烯建模步骤如下:
方向。
见下图:
|Doc-uwi!
-rfbenx>i»drtsiwp-k-NnoiBd:
2、在菜单栏中：
Build—symmetry—makeP1（去掉晶体结构中的所有点的对称
操作，只保留其平移对称性）
3、在菜单栏中:
Build—symmetry—redefinelattice改变其重新定义晶胞中基矢的
4、在菜单栏中：
Build—crystals—rebuildcrystal中改变a,b,c的值调整盒子大小。
5、在菜单栏中：
Build—symmetry—supercell改变supercellrange得到你多胞多层的石墨烯我用MS建立模型的尺寸依据是2.5nmx20nm。
其中
A:
碳纳米管（swnt）的具体尺寸为2.56nmX19.56nm,沿Z向拉伸；
B:
单层石墨烯（graphene的具体尺寸为2.56nmx19.54nm,沿Y向拉伸。
在进行supercell设置时，swnt的A、B值不变，C=80;在lattice设置中a=25.6?
b=195.6?
supercell设置时，graphene的C值不变，A=46,B=80;在lattice设置中a=25.6?
b=195.4?
。
LatticeParameters
6、当设置完以上参数后，把光标点在模型上，右击，在弹出的菜单中点击出来如下图所示的图框：
如果模型的长度只是你理想的设定值,那么直接关掉对话框；若调整c方向尺寸，则点击I,上下调整C值大小。
Discover
8、点击setup,在弹出的对话框中做如下设置：
（设置力场系数）选cvff,,然后再
AutomationTiding|
EnergyNoH'Sond|JobControl|
ForceJield
pdf
▼
More...
compan
pcH
Single匸
Select:
Help
当看到ms界面左下角先出现
二：
山讥，然后变为.沁乐。
就可以输出设置了
C:
^dJsers\hmateam>e:
E：
X>cdMS5-5
E：
M1S5・5>cdnanill.14
E:
\MS5-5\nanill-14>_
如下输入：
下面就是MS生成的文件要转换成能被Lammps识别、读取的文件并计算原子坐标：
E:
\HS5.5\namill.14>msi21mp_exeSUNT-classI-frecuff>data_swnt
BtunningMs12Imp
For-cefieIdfilename:
evff.£rc
Forcefieldcl.ass：
1
Readingcarfile：
SUNT.car
Readinndffile：
SWNT.ndf
Buildinginternalcoordinatelists._..
Readingforcefieldflie...
Getparametersforthismolecularsystem
Checkpapanete^sfopinte>*ndilcon$istenc^
llritin^LftMMPS2005datafile
WritingLAMI1PS2005datafile：
SWNT.lam«ip^05
NoFUdLlui'oqi'din七Ei'ininntion
然后在生成的丄艸川“y匕中修改相关信息。
修改前如图:
LANKPS2005datafileforSWTI
1920atoms
2880bonds
5760angles
11520dihedrals
1920impropers
1atomtypes
1bomdtypes
1angletypes
1dihedraltypes
1impropertypes
IL483000000xlaxhi
IL483000000yloyhi
196,761000000zlozhi
3.6170487995
0,000000000
0,000000000
0,000000000
112.011150
PairCaeffs
10.14799999S1
BandCaeffs
1480.0000L3400
AngleCaeffs
190.0000120.0000
DihedralCaeffs
修改后如图:
LAMMPS2005datafileforSWhTT
1920atoms
0bonds
0angles
0dihedr-als
0L^rDpers
1Qtiom"types
0bondtypes
0angletypes
0dih.edr-^1types
0impropertypes
0.000000000
0,000000000
CLooooooooo
11.483000000xloKhi
11.483000000yloyhi
196.761000000zlozhi
Hasses
112.011150
AtDJIE
1
1
9,339S24332
5.916833488
0.154511899
2
1
9.171358921
6.605635306
1,384267972
3
1
8.001662740
E.356635602
0.154511899
4
1
8,4«1956475
?
.84435ZT64
1.384267972
5
1
乳011917157
9.150711790
0.154511899
6
1
6.793924233
9.D8S695L66
0.154511899
7
1
6,113L759S5
9.23819&249
1.384287972
S
1
2.773199698
8.471309（344
0.15461189^
9
1
2.260916861
7.981015609
1.334267972
10
1
乳700713975
9.319177201
1+384267972
11
1
1.323354214
6.092528854
0.154511899
12
1
1.527857297
6.77327HD3
1,38426^72
13
1
2.636536S54
Z.240269731
0,154511899
14
1
1.2<1S3752&2
4.680066844
0.154511899
15
1
1,466840673
3,991270026
1.334267972
16
1
3,S4*******
1.507210166
0.154511899
1
4,52&023609
1.3087070S3
1.39426T97Z
18
1
2,14C243119
2,752552588
1.394287972
19
1
6.626282437
1.446193542
Q.154511899
20
1
5.937485619
1.27Y728131
1.334267972
21
1
9*308345330
*5043764TS
Q.154Bl199^
22
1
7.S6*******
2,.125595983
0.154511899
23
1
8,377282732
2,615889723
1,38426T972
24
1
9.110342297
3.&23528230
1,334267972
25
1
9L339S24332
5.916E33483
2.614024046
26
1
9.17135&921
6.605635306
3.843780119
要注意的是：
Masses与Atoms的行间距；在坐标的下面数据是要全部删除的;在原子坐标的最后一行不要留空行。
点击保存即可。
至此，整个模型部分完成。
、编写in文件
lammps做分子动力学模拟时，需要一个输入文件（inputscript），也就是in文件，以及关于体系的原子坐标之类的信息的文件（datafile）。
lammps在执行计算的时候，从这个in文件中读入命令，所以对LAMMPS的使用最主要的就是对in文件的编写和使用。
在编写in文件时要注意的几处地方：
1、read_data后的数据文件名称一定要和建模导出的数据文件名一致；
2、pair_coeff中原子类型要与data文件中的atomtypes数目一致，在atoms中对第二列原子类型数也要做相应的修改；
3、在region区域定义中，注意拉伸方向的限制范围的表示方式；
4、velocity中温度的数值是整数型不是浮点型；
5、fix中系统的选取一般是nvt，在弛豫时温度的设定可以适当低些以便于更
快的达到能量最低状态。
我在这里TstartTstop设为0.01K,Tdamp取为0.1；
6、compute应力strec时（in文件）,指针数组x方向即为1,y方向即为2,z向为3;
7、想得到什么输出结果可以在thermo_style中设置；
8、dump输出图片格式应为“dump.*cfg”后面的坐标输出要严格根据lammpsmanual设定，输出步一般可以比循环运行的step多1或者与之相等。
9、对graphene在pair_style用的势函数是tersoff；对于SWCNT,在pair_style用的势函数则为rebo即thesecondgenerationofBrenner
相应的in文件在附件中。
三、计算结果
1、在win7下的计算：
打开文件所在路径：
cmd/cdMS5.5/cdcompare/lmp_win-inin文件名”然后点回车键，坐等计算结果就0K;
2、Lammps下的计算：
cd打开文件所在目录，mpd&（打开mpd并行运算），mpirun-np4lmp_g++四、2吉果分析：
最后的SWCNT应力应变如图：
2S0
strain
相应的最小二次拟合为:
SWCNT
石墨烯的应力应变曲线:
11.135wcnt.odx=UbreCHFIce€ak
Iij"
）grephefie-slress&slran
OMR
strani
相应的最小拟合曲线:
GRAPHENE
10
8
6
4
2
0
00.0010.0020.0030.0040.00S0,0060,0070.0080,0090,01
strain
graphene-swcnt应力应变曲线:
（1）当碳纳米管的直径较大时，纳米管的基本力学特性均趋向于石墨片的结果，M手性以及尺寸对碳纳米管的力学特性的影响是不明显的。
（2）当碳纳米管的直径较小时，纳米管的基本力学特性呈现出比较明显的尺寸效应,即随着直径变化而体现出明显的差异.
图4（b）。
扶F•椅型与锯齿型变形过段的不同取决于其手性的不同•原子•的分布方式不同•在同样的载荷条件下表现出不同的力学特性，更进一步说明了石墨烯材料力学性能的各向异性待性。
由以上的分析可知•石屡烯薄膜在拉伸戟荷作用萍膜边缘六角元胞首先转变为五角元齟形成峡陷，随着应变增大缺陷增多，碳•碳键逐渐断裂•最终导致薄膜破坏。
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