張超　王東琪　孟祥瑞　潘成嶺　呂思遠(yuǎn)(安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，淮南00)(安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院，淮南00)(中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所多學(xué)科中心，北京00049)

載能碳離子撞擊石墨烯中Stone-W ales缺陷的動(dòng)力學(xué)研究

張超1,2王東琪＊,3孟祥瑞2潘成嶺＊,1呂思遠(yuǎn)1
(1安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，淮南232001)
(2安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院，淮南232001)
(3中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所多學(xué)科中心，北京100049)

采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，研究了載能碳離子撞擊石墨烯中Stone-Wales缺陷的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，計(jì)算了Stone-Wales缺陷中初級(jí)碰撞原子的離位閾能和載能碳離子使其移位的入射閾能，并與完美石墨烯結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)分析初級(jí)碰撞原子與入射離子動(dòng)能和勢(shì)能隨時(shí)間的變化關(guān)系，研究了碰撞過(guò)程中能量轉(zhuǎn)移過(guò)程。研究結(jié)果表明，初級(jí)碰撞原子產(chǎn)生離位并最終脫離石墨烯體系的最小能量為25.0 eV。當(dāng)初始動(dòng)能為23.0 eV時(shí)，Stone-Wales缺陷中2個(gè)七元環(huán)共用的碳-碳鍵旋轉(zhuǎn)90°形成了完美的石墨烯結(jié)構(gòu)。此外，還發(fā)現(xiàn)使Stone-Wales缺陷中初級(jí)碰撞原子發(fā)生離位的載能碳離子最小入射能為41.0 eV。

石墨烯；分子動(dòng)力學(xué)；Stone-Wales缺陷；碰撞；移位閾能

0　引言

石墨烯是由碳原子按照六邊形進(jìn)行排布的二維晶體[1]，由于獨(dú)特的各向異性結(jié)構(gòu)和杰出的力學(xué)性能、奇特的導(dǎo)電性能、優(yōu)異的光學(xué)性能以及相對(duì)論量子效應(yīng)[2-4]，使其在許多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，諸如晶體管[5-6]、太陽(yáng)能電池[7]、傳感器[8-9]，以及可用于制備復(fù)合材料，儲(chǔ)氫材料和高能電容器等材料[10]。在這些應(yīng)用環(huán)境中，石墨烯基電子器件由于會(huì)遭受荷能粒子的輻照而導(dǎo)致性能發(fā)生變化。對(duì)此，許多研究者已從實(shí)驗(yàn)和理論上分別研究了載能粒子對(duì)石墨烯的材料改性工作，以探索石墨烯在荷能粒子輻照下結(jié)構(gòu)和性能變化[11-15]。石墨烯中已發(fā)現(xiàn)的缺陷構(gòu)型有空位型缺陷[16]、雜質(zhì)原子缺陷、Stone-Wales(SW)缺陷[17]以及5-7對(duì)缺陷構(gòu)型[18]等。由于SW缺陷廣泛存在于碳納米材料以及其它具有sp2雜化的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)材料中，例如SiC納米管[19]，而且，輻照引起的SW缺陷能夠增強(qiáng)石墨層卷曲成碳納米管和富勒烯的趨勢(shì)，并且SW缺陷對(duì)石墨烯結(jié)構(gòu)的本征皺曲有著重要作用[10]，所以，研究SW缺陷對(duì)深入探究石墨烯結(jié)構(gòu)變化和性能改進(jìn)，以及對(duì)石墨烯基電子器件的廣泛使用具有重要理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。此外，Lehinen等[20]利用分析勢(shì)和密度泛函理論相結(jié)合方法模擬了載能離子對(duì)石墨烯的輻照損傷行為，重點(diǎn)研究了石墨烯中缺陷的類型和濃度變化。然而，對(duì)于石墨烯晶體中結(jié)構(gòu)變化的動(dòng)力學(xué)過(guò)程并未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。我們?cè)梅肿觿?dòng)力學(xué)方法，研究了載能粒子碰撞石墨烯的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，研究了石墨烯中靶原子的移位閾能，觀察到單空位、雙空位和SW缺陷構(gòu)型的演化過(guò)程[21]。然而，該研究?jī)H對(duì)一次輻照下石墨烯的輻照損傷行為進(jìn)行了研究，由于在輻照損傷過(guò)程中也會(huì)發(fā)生二次輻照，即一次輻照形成的缺陷構(gòu)型受到載能粒子的繼續(xù)輻照而形成了新的缺陷構(gòu)型。本文將在上述研究基礎(chǔ)上，研究載能碳離子對(duì)石墨烯中SW本征缺陷的輻照損傷行為，重點(diǎn)研究SW缺陷中初級(jí)碰撞原子的離位閾能和載能碳離子使其移位的入射閾能，探究石墨烯中SW本征缺陷的抗輻照能力，希望對(duì)石墨烯改性，以及對(duì)石墨烯基功能材料提供理論依據(jù)。

1計(jì)算模型與方法

1.1初始結(jié)構(gòu)

本文首先建立具有Stone-Wales本征缺陷的石墨烯模型，X和Y方向的長(zhǎng)度分別為2.2和2.6 nm；采用最小梯度法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)中選取出SW缺陷中典型原子(如圖1箭頭所指原子)作為初級(jí)碰撞原子(PKA)。為了獲得最小的輻照能量，本文根據(jù)毛飛等[21]研究石墨烯的輻照損傷報(bào)道，發(fā)現(xiàn)對(duì)頭碰撞時(shí)所需入射能量最小。因此，在模擬載能粒子與靶材料的碰撞過(guò)程中，本文僅僅考慮入射粒子與PKA的對(duì)頭碰撞，故將入射碳原子建立在PKA上方且垂直于石墨烯平面方向上，入射粒子與PKA的初始距離保持在2.0 nm以上，以避免初始狀態(tài)具有相互作用。

1.2原子間勢(shì)函數(shù)

在模擬計(jì)算中，體系所有原子間相互作用均采用AIREBO勢(shì)函數(shù)[22]；其次，為了描述高能粒子間短程相互作用，采用ZBL勢(shì)函數(shù)[23]。由于入射粒子能量較低，在碰撞過(guò)程中核阻止將起主要作用，所以本文計(jì)算中不考慮電子阻止對(duì)輻照損傷的影響。此外，為了與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行類比，同時(shí)，由于低電荷量的電荷效應(yīng)可以忽略，所以本工作中不考慮電荷效應(yīng)對(duì)碰撞過(guò)程的影響，即本文中入射碳原子稱為入射碳離子。

圖1石墨烯中SW缺陷模擬示意圖(圖中藍(lán)色球表示入射碳離子，箭頭所指球?yàn)槌跫?jí)碰撞原子(PKA)，綠色球所圍區(qū)域表示SW缺陷區(qū)域)Fig.1 Schematic representation of the simulation setup of SW defect in graphene(Blue sphere indicates the incident carbon ion; The red sphere,which is pointed with an arrow,indicates the primary knock-on atom(PKA);The area surrounded by green spheres represents SW defect)

1.3模擬細(xì)節(jié)介紹

在輻照模擬過(guò)程中，本文采用NVE(等原子數(shù)、等體積、等能量)系綜，時(shí)間步長(zhǎng)取0.01 fs，模擬總步數(shù)取2.0×105步。模擬測(cè)試發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)總能量的均方根誤差(RMSE)約為4.9×10-2eV，幾乎是入射動(dòng)能的0.1%，這表明碰撞過(guò)程中系統(tǒng)的總能量守恒。輻照模擬結(jié)束后，采用NVT系綜對(duì)體系進(jìn)行弛豫50 ps,時(shí)間步長(zhǎng)為1 fs，系統(tǒng)溫度控制在300 K。為了得到穩(wěn)定的缺陷構(gòu)型，將對(duì)弛豫后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火模擬，使系統(tǒng)溫度由300 K先升溫至1 500 K，然后再退火至300 K，升溫和退火的模擬時(shí)間均為50 ps。為防止計(jì)算模擬過(guò)程中石墨烯體系發(fā)生移動(dòng)，在計(jì)算過(guò)程中采用固定質(zhì)心方法，即每運(yùn)行一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)，通過(guò)平移整個(gè)體系，使質(zhì)心調(diào)整到初始位置。

本文計(jì)算模擬過(guò)程是由開(kāi)源的分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算程序LAMMPS(Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator)[24]完成。為進(jìn)一步分析結(jié)構(gòu)變化，使用了可視化軟件VMD[25]。此外，為了反映原子間成鍵情況，采用密度泛函基礎(chǔ)的緊束縛(DFTB)方法[27]計(jì)算了模擬后石墨烯結(jié)構(gòu)的電荷密度分布情況。

為了驗(yàn)證計(jì)算模型的準(zhǔn)確性，本文首先利用該模型計(jì)算了石墨烯中單空位缺陷的形成能為7.5 eV,該值與采用第一性原理的計(jì)算結(jié)果7.7 eV能夠較好地吻合[26]；此外，計(jì)算了完美無(wú)缺陷石墨烯中靶原子離位閾能為25.0 eV，該值與Krasheninnikov等[27]采用密度泛函基礎(chǔ)的緊束縛(DFTB)方法計(jì)算結(jié)果(22.5 eV)基本一致，這些結(jié)果表明，本工作所采用的計(jì)算模型能夠較為準(zhǔn)確地描述石墨烯體系的碰撞動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

2　結(jié)果與討論

2.1Stone-W ales缺陷中初級(jí)碰撞原子離位閾能和能量轉(zhuǎn)移過(guò)程

首先，賦予PKA初始動(dòng)能(Ek)，使該動(dòng)能的速度方向垂直于石墨烯平面，當(dāng)賦予PKA初始動(dòng)能低于23.0 eV時(shí)，實(shí)驗(yàn)觀察到初級(jí)碰撞原子先是離開(kāi)晶格中原來(lái)位置，隨后又恢復(fù)至原來(lái)位置，最終體系仍然保持SW缺陷構(gòu)型，結(jié)構(gòu)不發(fā)生任何變化。當(dāng)Ek= 23.0 eV時(shí)，PKA仍然不能脫離石墨烯體系，但能夠使SW缺陷構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)缺陷石墨烯結(jié)構(gòu)，具體動(dòng)力學(xué)演化過(guò)程如圖2所示。當(dāng)模擬時(shí)間t=15 fs時(shí)，原子1與原子3和5之間的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，同時(shí)原子2與原子4之間化學(xué)鍵也發(fā)生斷裂，如圖2(b)所示。隨著演化的進(jìn)行，當(dāng)t=150 fs時(shí)，原子2和5、原子1和3分別形成了新的化學(xué)鍵，并且原子2與4之間也重新形成了化學(xué)鍵，如圖2(c)所示。當(dāng)t= 2 000 fs時(shí)，從圖中可以觀察到，原子1和4之間形成了新的化學(xué)鍵，同時(shí)原子2和4之間化學(xué)鍵發(fā)生斷裂。從最后的構(gòu)型中可以看出，最終結(jié)構(gòu)為完美無(wú)缺陷的石墨烯結(jié)構(gòu)，如圖2(d)和2(e)所示。整個(gè)演化動(dòng)力學(xué)過(guò)程相當(dāng)于將原子1和2之間的化學(xué)鍵逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°得到。為了得到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，本文對(duì)體系進(jìn)行升溫退火模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，升溫退火后(t=152 ps)，體系結(jié)構(gòu)仍然保持不變，為完美的石墨烯構(gòu)型。

圖2　PKA初始動(dòng)能為23.0 eV時(shí)原子演化過(guò)程和最終電荷密度的俯視圖和側(cè)視圖(紅色球1表示PKA)Fig.2 Atomic processes and the final charge density from the top view and side view with the incident energy of 23.0 eV for PKA(The red sphere numbered as 1 indicates PKA)

當(dāng)PKA初始動(dòng)能達(dá)到25.0 eV時(shí)，PKA將有足夠能量克服離位勢(shì)壘，最終脫離石墨烯體系。具體演化過(guò)程如圖3所示。從圖3(b)可以看出，當(dāng)模擬時(shí)間t=10 fs時(shí)，原子1與原子2、3和5之間的化學(xué)鍵全部發(fā)生斷裂。當(dāng)模擬時(shí)間t=2 000 fs時(shí)，原子1已經(jīng)脫離石墨烯體系的束縛，石墨烯體系中原子2、3和5均存在不飽和的懸掛鍵，如圖3(c)所示。通過(guò)對(duì)體系進(jìn)行升溫退火模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，最終原子2和5之間形成了新的化學(xué)鍵，變?yōu)?-9缺陷構(gòu)型，如結(jié)構(gòu)圖3(d)和對(duì)應(yīng)的電荷密度圖3(e)所示。

圖3　PKA初始動(dòng)能為25.0 eV時(shí)原子演化過(guò)程和最終電荷密度的俯視圖和側(cè)視圖(紅色球1表示PKA)Fig.3 Atomic processes and the final charge density from the top view and side view with the incident energy of 25.0 eV for PKA(The red sphere numbered as 1 indicates PKA)

為了研究模擬過(guò)程中PKA能量轉(zhuǎn)移過(guò)程，本文分別計(jì)算了Ek=23.0 eV和25.0 eV時(shí)，PKA的動(dòng)能和勢(shì)能隨時(shí)間的演化關(guān)系，如圖4所示。從圖4(a)可以看出，PKA初始動(dòng)能為23.0 eV，初始勢(shì)能約為-6.6 eV。隨著演化進(jìn)行，PKA動(dòng)能先緩慢降低，然后在t=5 fs時(shí)快速下降；當(dāng)t=16 fs時(shí)，Ek已降至約3.0 eV；隨后，PKA動(dòng)能略微反彈后又繼續(xù)降低，當(dāng)t= 300 fs時(shí)，PKA動(dòng)能降至約0.1 eV，這表明PKA動(dòng)能幾乎完全耗散至石墨烯體系。從PKA勢(shì)能曲線可以觀察到，其勢(shì)能先是緩慢增加，當(dāng)t=5 fs以后，Ep快速增加，在t=9 fs時(shí)，已增加到最大值。這表明該階段PKA正在試圖離開(kāi)晶格中原來(lái)位置，導(dǎo)致勢(shì)能增加，該結(jié)果可以從圖2(b)原子動(dòng)力學(xué)演化過(guò)程中清楚地觀察到，原子1和原子3、5之間化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，并帶動(dòng)原子2向垂直于石墨烯平面方向移動(dòng)。繼續(xù)觀察圖4(a)中勢(shì)能曲線發(fā)現(xiàn)，在t=10 fs附近，Ep略微下降，并在130 fs附近再次下降，最終當(dāng)t= 2 000 fs時(shí)，Ep降為約-7.4 eV，此時(shí)對(duì)應(yīng)于圖2(d)中的結(jié)構(gòu)圖，PKA與原子3和4形成了新的化學(xué)鍵。

當(dāng)PKA初始動(dòng)能為25.0 eV時(shí)，其動(dòng)能和勢(shì)能演化曲線如圖4(b)所示。從圖中可以看出，PKA動(dòng)能曲線起初緩慢下降，勢(shì)能曲線緩慢上升，當(dāng)模擬時(shí)間t=4 fs以后，PKA動(dòng)能快速下降，當(dāng)t=13 fs時(shí)已降至約7.8 eV。同時(shí)，PKA勢(shì)能逐漸上升，在t=10 fs時(shí)上升至-0.1 eV，最終PKA勢(shì)能變?yōu)?.0 eV，表明PKA已經(jīng)脫離石墨烯體系，如原子結(jié)構(gòu)演化圖3(c)所示。此外，從動(dòng)能曲線可以看出PKA脫離石墨烯體系殘留的動(dòng)能約為7.7 eV。

圖4　PKA動(dòng)能和勢(shì)能隨時(shí)間演化關(guān)系，圖(a)和(b)分別表示初始能量為23.0 eV和25.0 eVFig.4 Time evolutions of the kinetic energies and potential energies of the PKA at incident energies of 23.0 eV (a)and 25.0 eV(b),respectively

2.2載能碳離子對(duì)Stone-W ales缺陷輻照閾能與能量轉(zhuǎn)移過(guò)程

圖5入射離子能量為41.0 eV時(shí)碰撞動(dòng)力學(xué)過(guò)程和最終電荷密度的俯視圖和側(cè)視圖(藍(lán)色和紅色(1)球分別表示入射碳離子和初級(jí)碰撞原子)Fig.5 Time evolution of the collision and the final charge density from the top view and side view with the incident energy of 41.0 eV for the incident ion(Blue and red(numbered as 1)spheres indicate the incident carbon ion and the PKA,respectively)

為了更好地了解SW缺陷的抗輻照性能，本工作研究了載能碳離子輻照SW缺陷的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。首先賦予入射碳離子一初始動(dòng)能(Ein)，動(dòng)能速度方向垂直于石墨烯平面。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Ein<40.0 eV時(shí)，PKA先是離開(kāi)原來(lái)位置，但隨后又立即恢復(fù)至原來(lái)位置，SW結(jié)構(gòu)不發(fā)生任何變化。當(dāng)Ein=41.0 eV時(shí)，原子演化動(dòng)力學(xué)過(guò)程如圖5所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)模擬時(shí)間t=1 200 fs時(shí)，PKA與原子2、3和5之間化學(xué)鍵發(fā)生斷裂而離開(kāi)了原來(lái)位置，如圖5(b)所示。當(dāng)t=2 000 fs時(shí)，PKA已經(jīng)脫離石墨烯體系，如圖5(c)所示。通過(guò)對(duì)碰撞后體系進(jìn)行退火模擬發(fā)現(xiàn)，最終體系演化為一個(gè)五元環(huán)和一個(gè)九元環(huán)(5-9)的缺陷構(gòu)型，如圖5(d)和對(duì)應(yīng)的電荷密度圖5(e)所示。此外，在碰撞過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)入射碳離子與石墨烯體系相互作用后受到斥力作用而反彈。

圖6展示了入射碳離子與初級(jí)碰撞原子動(dòng)能和勢(shì)能隨時(shí)間的演化關(guān)系。從圖6(a)可以看出，入射離子動(dòng)能在模擬時(shí)間t=76 fs以后快速下降，勢(shì)能略微上升。當(dāng)t=80 fs時(shí)，入射離子動(dòng)能已降至約0.3 eV，隨后又緩慢增加至1.9 eV并保持不變，這表明入射離子已經(jīng)遠(yuǎn)離石墨烯體系。該結(jié)論也可以從勢(shì)能值最終變?yōu)?.0 eV而得到。同時(shí)，從圖5(c)結(jié)構(gòu)圖可以發(fā)現(xiàn)，此時(shí)入射離子也已經(jīng)離開(kāi)石墨烯體系。對(duì)于PKA能量變化情況，如圖6(b)所示，在t=76 fs以后，PKA勢(shì)能快速增加，并于t=78 fs時(shí)，勢(shì)能上升至最大值5.7 eV，這是由于PKA受到入射離子碰撞而產(chǎn)生強(qiáng)大的斥力所致。隨著演化進(jìn)行，PKA勢(shì)能緩慢下降，最終降為0.0 eV，表明此時(shí)PKA已經(jīng)脫離石墨烯體系束縛，這與圖5(c)結(jié)構(gòu)圖一致，圖中顯示PKA和入射離子均已遠(yuǎn)離石墨烯體系。從圖6(b)中PKA動(dòng)能變化曲線可以發(fā)現(xiàn)，在t=77 fs以后，Ek快速上升，并于81 fs時(shí)，Ek上升至最大值約33.3 eV，隨后又快速下降，最終降至約7.9 eV，即為PKA脫離石墨烯體系殘余的動(dòng)能。

圖6入射離子(a)與PKA(b)動(dòng)能和勢(shì)能隨時(shí)間的演化關(guān)系(其中插圖是對(duì)模擬時(shí)間為70～90 fs范圍內(nèi)曲線放大效果圖)Fig.6 Time evolutions of the kinetic energies and potential energies of the incident ion(a)and the PKA(b)at the incident energy of 41.0 eV,respectively(The insets in(a)and(b)show the close-up images of kinetic energy and potential energy in the time ranging from 70 to 90 fs)

3　結(jié)論

本文采用分子動(dòng)力學(xué)方法，研究了石墨烯中Stone-Wales缺陷典型原子的離位閾能和使靶原子移位的入射碳離子入射閾能。結(jié)果表明，當(dāng)初級(jí)碰撞原子能量低于23.0 eV時(shí)，Stone-Wales缺陷構(gòu)型不發(fā)生任何改變，仍然保持原有結(jié)構(gòu)；當(dāng)PKA能量增至23.0 eV時(shí)，Stone-Wales缺陷中2個(gè)七元環(huán)共用的碳-碳鍵將旋轉(zhuǎn)90°形成完美的六元環(huán)石墨烯結(jié)構(gòu)；當(dāng)PKA初始動(dòng)能增至25.0 eV時(shí)，PKA將發(fā)生離位并最終脫離石墨烯體系，即Stone-Wales缺陷中典型原子的離位閾能為25.0 eV，這與完美石墨烯中靶原子的離位閾能一致。通過(guò)研究載能碳離子與Stone-Wales缺陷相互作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使Stone-Wales缺陷中典型原子發(fā)生離位的最小入射能約為41.0 eV。根據(jù)雙體碰撞近似理論，入射能應(yīng)為25.0 eV，兩者差距較大的原因是因?yàn)檩d能碳離子與石墨烯體系相互作用過(guò)程中，入射離子不僅與PKA有相互作用，而且與PKA近鄰的原子之間也有相互作用，從而導(dǎo)致載能離子的入射能既要傳遞部分能量給PKA，又要傳遞部分能量給PKA近鄰的原子，使得最小入射能比采用雙體碰撞模型計(jì)算的能量要高。本文研究結(jié)果將有助于利用離子輻照對(duì)石墨烯以及具有Stone-Wales本征缺陷的石墨烯結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而制備出抗輻射的以石墨烯為基體的納米電子器件。

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Simulation Study of Collision Dynam ics of an Energetic Carbon Ion to the Stone-W ales Defect Site in Graphene

ZHANG Chao1,2WANG Dong-Qi＊,3MENG Xiang-Rui2PAN Cheng-Ling＊,1Lü Si-Yuan1
(1School of Materials Science and Engineering,Anhui University of Science and Technology,Huainan,Anhui 232001,China) (2School of Energy and Safely,Anhui University of Science and Technology,Huainan,Anhui 232001,China)
(3Multidiscip linary Initiative Center,Institute of High Energy Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China)

The collision dynamics processes of an energetic carbon ion to the Stone-Wales defect in graphene are investigated by using molecular dynamics method.We calculate the displacement threshold energy for the primary knock-on atom in Stone-Wales defect and the incident threshold energy for the projectile carbon ion prompting the target atom displacement,which are compared with the results of the perfect graphene.The energy transfer is studied by analyzing the time evolutions of the kinetic energies and potential energies of the primary knock-on atom and the incident ion.We find that the displacement threshold energy is 25.0 eV,which is the minimum kinetic energy for the primary knock-on atom to leave its original position and eventually escape from the graphene system.When the initial kinetic energy is 23.0 eV,the common C-C bond of the two heptagons in the Stone-Wales defect rotates 90°to form a perfect graphene structure.The minimum incident energy of the projectile required to drive the primary knock-on atom in the Stone-Wales defect to displace permanently from its original location is 41.0 eV.

graphene;molecular dynamics;Stone-Wales defect;collision;displacement threshold energy

O561.5

A

1001-4861(2016)01-0018-07

10.11862/CJIC.2016.025

2015-09-01。收修改稿日期：2015-10-27。

國(guó)家自然科學(xué)基金(No.11505003,21201006,21473206)，安徽省自然科學(xué)基金，安徽省質(zhì)量工程（No.2015jyxm132），安徽理工大學(xué)科研啟動(dòng)基金（No.ZX944），安徽理工大學(xué)國(guó)家自然科學(xué)預(yù)研基金(No.10029)和安徽省自然基金(No.1608085QA20)資助項(xiàng)目。

＊通信聯(lián)系人。E-mail：dwang@ihep.ac.cn，clpan@aust.edu.cn；Tel:010-88236606