西安石油大学材料科学与工程学院t.q. zhao等–石墨烯对金属玻璃力学性能的影响来自分子动力学模拟的见解

采用分子动力学模拟方法研究了石墨烯对Cu₅₀Zr₅₀金属玻璃(MG)力学性能的影响。结果表明，石墨烯的加入可以提高MG的强度，增强其塑性变形能力。结果还表明，MG/石墨烯纳米层合板(MGGNLs)的力学性能和变形行为与石墨烯的嵌入位置密切相关。值得强调的是，石墨烯的嵌入位置存在一个阈值，使得MGGNL的塑性变形达到均匀变形。随着石墨烯插入距离的增加，MGGNL的塑性变形模式由多剪切带(SBs)的相互作用转变为均匀变形，最终转变为剪切带主导的传播。结果表明，通过引入石墨烯并优化其插入位置，可以得到高强度、高塑性的MGGNLs。

图1. Cu₅₀Zr₅₀ MGGNL的微观结构原子示意图。黄色、蓝色和红色原子分别代表Cu、Zr和C原子。红线表示石墨烯的插入位置。

图2. MGGNLs 和 MG的应力-应变曲线。

图3. MGGNLs和MG的平均屈服应力随石墨烯嵌入位置的变化。(a) MGGNLs第一塑性阶段的平均屈服应力。(b) MGGNLs和MG第二塑性阶段的平均屈服应力。

图4. 0.15H MGGNL在应变为(a)6.72%,(b)8.00%,(c)11.20%,(d)16.60%时下的原子构型。

图5. 0.25H MGGNL在应变为(a)7.80%,(b)10.00%,(c)12.00%,(d)15.96%时的原子构型。

图6. 0.45H MGGNL在应变为(a)7.80%,(b)8.00%,(c)10.16%,(d)15.48%时的原子构型。

图7. (a-f) MGGNLs及其相应的MGs中非晶态相的LS原子变形率。插图A-L分别对应于曲线上相应应变时MGGNLs及其相应的MGs中非晶态相的原子快照。

图8. (a)14%应变下厚度为16.9 nm、(b)14%应变下厚度为14.9 nm、(c) 24%应变下厚度为9.0 nm、(d) 24%应变下厚度为5.0 nm 的MG快照。

图9. (a)应变为16.60%时0.15H MGGNLs的原子位移图，(b)应变为15.96%时0.25H MGGNLs的原子位移图。

相关研究成果由西安石油大学材料科学与工程学院T.Q. Zhao等人于2022年发表在Materials Chemistry and Physics (https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2022.125695)上。原文：Effect of graphene on the mechanical properties of metallic glasses: Insight from molecular dynamics simulation。