陳超 段芳莉

(重慶大學(xué),機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶400030)

(2020年5月2日收到;2020年5月29日收到修改稿)

1 引 言

石墨烯是由碳原子sp2雜化形成的二維片層結(jié)構(gòu),因優(yōu)異的熱學(xué)[1]、電學(xué)[2]和力學(xué)特性[3]使其在電子[4]、儲(chǔ)能[5]和復(fù)合材料[6]等應(yīng)用中表現(xiàn)出巨大潛力.但由于石墨烯片層狀的二維結(jié)構(gòu),片層與片層間強(qiáng)烈的范德華吸引力使其在制備過(guò)程中容易聚集,難以大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用.目前已經(jīng)有了許多防止石墨烯片層在溶液中聚集的方法,例如減小片層的尺寸、調(diào)整溶劑與石墨烯的相互作用以及使用分散劑等[7?12].但一旦分散劑干燥后,防止固體狀態(tài)下石墨烯的聚集又將是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn).另一種可行的辦法是像褶皺的紙一樣[13?15],使石墨烯褶皺變形.Luo等[16]研究發(fā)現(xiàn),褶皺石墨烯受制備過(guò)程的影響較小,并且具有較高的有效表面積和出色的抗聚合性.

褶皺石墨烯不僅具有良好的抗聚合性,它還表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)特性.鄧劍鋒等[17]通過(guò)納米摩擦實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)折疊石墨烯的摩擦學(xué)性能要優(yōu)于平整石墨烯,Dou等[18]發(fā)現(xiàn)含0.01—0.1 wt%褶皺石墨烯球的聚a-烯烴基礎(chǔ)油的摩擦性能優(yōu)于完全配制的市售潤(rùn)滑劑,是一種非常好的潤(rùn)滑添加劑.褶皺結(jié)構(gòu)應(yīng)用的前提是其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,模擬中對(duì)褶皺石墨烯的研究主要包含三個(gè)方面:第一,片層的初始狀態(tài)(多晶石墨烯的晶粒尺寸,單晶石墨烯片層的初始尺寸、數(shù)量以及結(jié)構(gòu)和形狀);第二,褶皺方式(分為單軸及雙軸壓縮);第三,褶皺過(guò)程參數(shù)的控制(速度和系統(tǒng)溫度)[19?25].結(jié)果表明,在多晶石墨烯中,晶粒尺寸越小,石墨烯片層未飽和鍵數(shù)量越多,褶皺結(jié)構(gòu)越容易穩(wěn)定.在單晶石墨烯中,初始時(shí)刻片層數(shù)量越多、尺寸越大,褶皺結(jié)構(gòu)越容易穩(wěn)定.初始形狀主要影響石墨烯片層的褶皺行為.初始結(jié)構(gòu)為圓形時(shí),片層褶皺過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)喇叭式的結(jié)構(gòu).初始結(jié)構(gòu)為三角形時(shí),褶皺過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)椅子式的結(jié)構(gòu).與前面兩種初始結(jié)構(gòu)的褶皺行為相比,初始結(jié)構(gòu)為方形的片層褶皺過(guò)程相對(duì)自然,初始時(shí)四個(gè)角彎曲,隨著褶皺的進(jìn)行,片層與片層逐漸貼合.此外,褶皺過(guò)程速度以及系統(tǒng)溫度對(duì)石墨烯片層褶皺行為影響不大.實(shí)驗(yàn)中通過(guò)高溫加熱含氧化石墨烯的溶液制備褶皺氧化石墨烯球,再將褶皺氧化石墨烯球還原得到褶皺石墨烯球.Luo等[16]研究了氧化石墨烯濃度對(duì)最終褶皺球尺寸的影響,Wang等[26]研究了溶劑蒸發(fā)速率對(duì)最終褶皺球尺寸的影響,Chang等[20]在對(duì)氧化石墨烯的模擬文章中研究了片層初始尺寸對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響.結(jié)果表明,氧化石墨烯濃度越低,溶液中溶劑蒸發(fā)速率越快,最終褶皺球尺寸越小.

現(xiàn)有關(guān)于褶皺石墨烯球的研究主要集中在石墨烯片層初始結(jié)構(gòu)對(duì)褶皺球結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響上,而很少涉及含氧基團(tuán)的作用.本文采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法,模擬了單層氧化石墨烯的褶皺過(guò)程,研究了含氧基團(tuán)(羥基、環(huán)氧基)對(duì)片層褶皺行為與褶皺球結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響.

2 模擬方法

初始石墨烯片層尺寸為120?×120?(共5684個(gè)碳原子),石墨烯邊緣通過(guò)氫原子鈍化,以消除邊緣未飽和鍵的影響.實(shí)驗(yàn)中制備得到的氧化石墨烯樣本上含氧基團(tuán)是隨機(jī)分布的,為了獲取貼合實(shí)際的氧化石墨烯樣本,本文中氧化石墨烯含氧基團(tuán)的分布位點(diǎn)也是隨機(jī)選取的.具體做法如下:先確定氧化石墨烯片層的氧化率(f,定義為被氧化碳原子數(shù)/總碳原子數(shù)),通過(guò)氧化率計(jì)算出需要選取的氧化位點(diǎn)數(shù),然后以石墨烯片層所有碳原子坐標(biāo)為選取對(duì)象,從中隨機(jī)選取出羥基和環(huán)氧基的氧化位點(diǎn).接著將這些氧化位點(diǎn)隨機(jī)分為兩部分:一部分作為添加羥基的氧化位點(diǎn),另一部分作為添加環(huán)氧基的氧化位點(diǎn),在氧化位點(diǎn)選取時(shí)需要注意同一個(gè)碳原子成鍵數(shù)量要小于等于4.最后將相應(yīng)氧化位點(diǎn)的碳原子坐標(biāo)上下左右平移,在平移后的位置添加相應(yīng)的含氧基團(tuán)原子,平移的距離根據(jù)氧化石墨烯片層上不同類型原子間的鍵長(zhǎng)決定.本文研究了羥基和環(huán)氧基兩種含氧基團(tuán),其中羥基中氧原子與石墨烯片層上碳原子的鍵長(zhǎng)為1.36?,羥基中氧原子與氫原子的鍵長(zhǎng)為0.98?,環(huán)氧基中氧原子與石墨烯片層上碳原子的鍵長(zhǎng)為1.44?.模擬過(guò)程中制備了f等于15%,25%和50%,s分別等于0和1以及f等于50%,s分別等于0.25,0.5和0.75的單層氧化石墨烯模型.s表示含氧基團(tuán)比例例[27],它的定義為

圖1是氧化石墨烯在徑向壓縮作用下褶皺過(guò)程示意圖.將片層放置在虛擬球形盒子中,片層上原子受到指向球心的徑向力,力的大小為

其中K是力常數(shù),為了有足夠的力使片層產(chǎn)生褶皺,將K的大小設(shè)定為13 eV/nm3[21].ri是第i個(gè)原子到球心的距離,Rc為虛擬球形盒子半徑.當(dāng)ri≤Rc時(shí),原子在球形盒子內(nèi),原子不受力;當(dāng)ri>Rc時(shí),原子在球形盒子外,這時(shí)原子受大小為F(ri),方向指向球心的徑向力.采用回轉(zhuǎn)半徑(Rg)來(lái)表示褶皺結(jié)構(gòu)的近似尺寸[21],它的定義如下:

其中n是樣本中原子總數(shù),ri和 rcom分別是第i個(gè)原子以及氧化石墨烯片層質(zhì)心的位置.用rg表示片層當(dāng)前尺寸相對(duì)于初始時(shí)刻的大小,它的定義為

其中Rg表示褶皺結(jié)構(gòu)當(dāng)前時(shí)刻的回轉(zhuǎn)半徑,Rg0表示褶皺結(jié)構(gòu)初始時(shí)刻的回轉(zhuǎn)半徑.

圖1氧化石墨烯片層在徑向壓縮作用下褶皺過(guò)程示意圖Fig.1.Schematic diagram of the crumpling process of graphene oxide sheet under radial compression.

褶皺過(guò)程中以10 m/s的速度減小球形盒子半徑[22],直到虛擬球形盒子內(nèi)的總原子數(shù)密度達(dá)到~200 nm–3,遠(yuǎn)大于塊體石墨的原子數(shù)密度(113.75 nm–3)[21],將褶皺球結(jié)構(gòu)無(wú)約束釋放,取褶皺球結(jié)構(gòu)釋放穩(wěn)定后的rg值為研究對(duì)象.本文采用描述C,H和O的ReaxFF勢(shì)函數(shù)[28],整個(gè)模擬過(guò)程在NVT系綜下進(jìn)行,在三個(gè)坐標(biāo)軸方向都采用非周期性邊條.采用Nose-Hoover控溫方式將溫度控制在1 K[21,29],時(shí)間步長(zhǎng)為1 fs.所有模擬都由LAMPPS軟件完成[30].

3 結(jié)果與討論

3.1 褶皺過(guò)程的原子結(jié)構(gòu)演變

圖2給出了不同含氧基團(tuán)比例修飾石墨烯片層褶皺過(guò)程原子結(jié)構(gòu)演變.其中,藍(lán)色表示石墨烯片層上的碳原子,紅色表示含氧基團(tuán)中的氧原子,白色表示含氧基團(tuán)以及石墨烯片層邊緣上的氫原子.片層四個(gè)角彎曲程度以及折痕深度受含氧基團(tuán)的影響.當(dāng)s =0(全羥基修飾)時(shí),褶皺開(kāi)始后片層的四個(gè)角向上向下彎曲,片層中部有輕微起伏,并伴有折痕出現(xiàn),隨著褶皺的進(jìn)行片層由邊緣向中部推進(jìn),整個(gè)過(guò)程呈現(xiàn)出“推進(jìn)式”的褶皺行為.當(dāng)s =1(全環(huán)氧基修飾)時(shí),氧化石墨烯片層四個(gè)角彎曲的程度增大,片層中部凹陷,隨著褶皺的進(jìn)行被凹陷隔開(kāi)的片層開(kāi)始貼合,整個(gè)過(guò)程呈現(xiàn)出片層與片層“貼合式”的褶皺行為.當(dāng)s =0.5時(shí),片層四個(gè)角的彎曲程度以及片層中部起伏程度(出現(xiàn)凹槽)都有所增加.片層從s =0到s =1褶皺行為上的轉(zhuǎn)變可能與石墨烯片層表面含氧基團(tuán)間范德華力、氫鍵、靜電的相互作用以及片層抵抗變形的能力有關(guān)[20].

圖2不同含氧基團(tuán)比例修飾石墨烯片層的褶皺過(guò)程(f=50%)Fig.2.Atomistic configurations during the crumpling process of graphene oxide sheets with various ratios of oxygen functional groups(f =50%).

片層在褶皺過(guò)程中表現(xiàn)出兩種褶皺行為,“推進(jìn)式”以及“貼合式”的褶皺行為,不同的褶皺行為將導(dǎo)致褶皺最終結(jié)構(gòu)的差異.圖3是從不同視角觀察到的石墨烯片層在兩種褶皺行為下的褶皺最終結(jié)構(gòu)(f=50%和s =0,f=50%和s =1).當(dāng)s =0(全羥基修飾)時(shí),正視圖下的褶皺結(jié)構(gòu)主要以折痕與折痕的堆疊為主,這里把折痕與折痕堆疊的位置稱為脊,側(cè)視圖下的褶皺結(jié)構(gòu)無(wú)明顯折痕與折痕的堆疊現(xiàn)象,以局部片層的貼合為主.當(dāng)s =1(全環(huán)氧基修飾)時(shí),兩種視角下折痕與片層的分布都較為均勻.

圖3含氧基團(tuán)類型對(duì)石墨烯片層褶皺過(guò)程最終結(jié)構(gòu)的影響(f =50%)Fig.3.Final structures resulted from the crumpling process of graphene oxide sheets with s =0 and 1(f =50%).

3.2 褶皺過(guò)程的變形分布、C—C斷鍵與成鍵

隨著褶皺程度的加深,氧化石墨烯片層會(huì)出現(xiàn)鍵的拉伸、旋轉(zhuǎn)和斷裂等彈性和塑性變形行為.研究發(fā)現(xiàn),石墨烯片層加上不同的含氧基團(tuán)后,含氧基團(tuán)對(duì)片層上鍵的影響程度是不一樣的[27].為了揭示含氧基團(tuán)對(duì)石墨烯片層變形行為的影響,對(duì)褶皺過(guò)程原子級(jí)勢(shì)能變化與石墨烯片層CC—C斷鍵、成鍵進(jìn)行了研究.

為了表征含氧基團(tuán)與石墨烯片層C—C斷鍵、成鍵以及變形之間的關(guān)系,做出了褶皺過(guò)程斷鍵、成鍵原子對(duì)以及原子勢(shì)能增量的位置分布.石墨烯片層C—C斷鍵、成鍵判別標(biāo)準(zhǔn)分別為1.8與1.5?[31],勢(shì)能增量通過(guò)計(jì)算相應(yīng)原子當(dāng)前時(shí)刻與初始時(shí)刻的勢(shì)能變化得到.圖4給出了褶皺過(guò)程勢(shì)能增量分布,C—C斷鍵、成鍵原子對(duì)位置分布.其中,黑色空心圓表示斷鍵原子,橘黃色空心圓表示成鍵原子.勢(shì)能增量用彩條表示,彩條的顏色從藍(lán)色到紅色,表示片層變形程度由低到高.圖4中藍(lán)色和淺藍(lán)色區(qū)域?qū)?yīng)的變形程度低,綠色區(qū)域?qū)?yīng)的變形程度相對(duì)較高,并且綠色區(qū)域的彩條呈線條式的分布,對(duì)應(yīng)褶皺結(jié)構(gòu)上的折痕,線條與線條相交的地方為脊.當(dāng)s =0(全羥基修飾)時(shí),斷鍵、成鍵原子對(duì)分布在圖中綠色區(qū)域.當(dāng)s =1(全環(huán)氧基修飾)時(shí),在褶皺程度低時(shí)(rg=0.45),斷鍵、成鍵原子對(duì)在藍(lán)色、淺藍(lán)色和綠色區(qū)域都有分布.在褶皺程度高時(shí)(rg=0.34),綠色區(qū)域斷鍵、成鍵原子有所增多,藍(lán)色和淺藍(lán)色的區(qū)域依然有斷鍵、成鍵原子對(duì)存在.

圖4褶皺過(guò)程中的勢(shì)能增量分布、C—C斷鍵和成鍵原子對(duì)位置分布(f =15%)(a)s =0;(b)s =1Fig.4.Distributions of the potential energy increment and the distribution of broken and formed C—C bonds during the crumpling process of graphene oxide sheets with(a)s =0 and (b)s =1.

片層的褶皺變形主要集中在折痕與脊處,其他地方的變形程度相對(duì)較小.當(dāng)s =0(全羥基修飾)時(shí),斷鍵、成鍵原子主要分布在變形程度大的地方,也就是褶皺結(jié)構(gòu)上的折痕與脊處.當(dāng)s =1(全環(huán)氧基修飾)時(shí),斷鍵、成鍵原子不再只是分布在變形程度大的地方,片層上變形程度小的地方也有出現(xiàn),這些地方為環(huán)氧基所連碳原子間的C—C鍵.通過(guò)s =0和1的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),相比于羥基,環(huán)氧基會(huì)削弱與其相連的C–C鍵,使與其相連的C—C鍵容易斷開(kāi).

圖5給出了不同氧化率石墨烯片層褶皺過(guò)程斷鍵、成鍵數(shù)量變化,其中實(shí)心表示斷鍵原子的數(shù)量變化,空心表示成鍵原子的數(shù)量變化.通過(guò)對(duì)片層褶皺過(guò)程結(jié)構(gòu)的觀察(圖2),以rg=0.45為分界點(diǎn),將褶皺過(guò)程分為兩個(gè)階段,圖5中以黑色豎直虛線隔開(kāi).虛線左邊為第一階段,這個(gè)階段片層變形程度低,褶皺結(jié)構(gòu)主要以局部片層和折痕為主.虛線右邊為第二階段,這個(gè)階段片層變形程度高,褶皺結(jié)構(gòu)基本已成球形.當(dāng)s =0(全羥基修飾)時(shí),在第一階段,片層斷鍵、成鍵數(shù)量較少;在第二階段,也即片層褶皺為球形后,片層斷鍵、成鍵數(shù)量明顯增多.當(dāng)s =1(全環(huán)氧基修飾)時(shí),片層在第一階段也有較多的斷鍵、成鍵,隨著褶皺的進(jìn)行斷鍵、成鍵數(shù)量不斷增多,在第二階段尤為明顯.

當(dāng)s =0(全羥基修飾)時(shí),片層的斷鍵、成鍵來(lái)源于褶皺變形,褶皺過(guò)程第一階段變形程度低,斷鍵、成鍵數(shù)量相對(duì)較少.當(dāng)片層褶皺為球形后,變形的程度增大,斷鍵、成鍵數(shù)量增多.當(dāng)s =1(全環(huán)氧基修飾)時(shí),由于環(huán)氧基對(duì)C—C鍵的削弱作用,使得環(huán)氧基所連的C—C鍵容易斷開(kāi),所以在褶皺過(guò)程的第一階段也有較多的斷鍵、成鍵,隨后由于變形程度增大斷鍵、成鍵數(shù)量進(jìn)一步增加.

圖5不同氧化率石墨烯片層褶皺過(guò)程的C—C斷鍵、成鍵數(shù)量變化(a)s =0;(b)s =1Fig.5.Variations in the number of broken and formed C—C bonds during the crumpling process of graphene oxide sheets with(a)s =0 and (b)s =1.

圖6不同含氧基團(tuán)比例石墨烯片層褶皺過(guò)程的C—C斷鍵、成鍵數(shù)量變化(f =50%)Fig.6.Variations in the number of broken and formed C—C bonds during the crumpling process of graphene oxide sheets with f =50%.

圖6給出了不同含氧基團(tuán)比例石墨烯片層斷鍵、成鍵數(shù)量變化.同一含氧基團(tuán)比例下,成鍵數(shù)量低于斷鍵數(shù)量.褶皺過(guò)程第一階段,這時(shí)片層變形程度低,但仍然有較多的斷鍵、成鍵,并且斷鍵、成鍵的數(shù)量隨著s的增大而增多.片層的斷鍵、成鍵數(shù)量隨著s的增大而增多,除了環(huán)氧基對(duì)C—C鍵的削弱作用外,還有一個(gè)原因,當(dāng)氧原子連續(xù)線性分布在石墨烯六元環(huán)一側(cè)時(shí),六元環(huán)會(huì)發(fā)生自發(fā)的解環(huán)行為,這也會(huì)導(dǎo)致石墨烯片層斷鍵、成鍵數(shù)量增加[32].

3.3 褶皺球形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

將片層褶皺之后總原子數(shù)密度(~200 nm–3)遠(yuǎn)大于塊體石墨的原子數(shù)密度(113.75 nm–3)時(shí)的褶皺結(jié)構(gòu)無(wú)約束釋放.待釋放穩(wěn)定后,取穩(wěn)定后的rg值進(jìn)行分析,rg值越小,說(shuō)明結(jié)構(gòu)越容易穩(wěn)定.圖7(a)給出了褶皺球結(jié)構(gòu)釋放時(shí)刻碳原子數(shù)密度和釋放穩(wěn)定后rg值隨氧化率的變化.圖7(a)中,右邊的縱坐標(biāo)表示褶皺球結(jié)構(gòu)釋放穩(wěn)定后的rg值,左邊的縱坐標(biāo)表示褶皺球結(jié)構(gòu)釋放時(shí)刻的碳原子數(shù)密度,碳原子數(shù)密度越大,褶皺程度越大.當(dāng)褶皺球結(jié)構(gòu)總原子數(shù)密度為~200 nm–3時(shí),其對(duì)應(yīng)的碳原子數(shù)密度隨著f的增大而減小,釋放穩(wěn)定的rg值隨褶皺球結(jié)構(gòu)釋放時(shí)刻碳原子數(shù)密度的減小而增大.由圖7(a)可以看到,片層褶皺程度隨著f的變化而變化,f越小,片層壓縮到同一總原子數(shù)密度時(shí)的碳原子數(shù)密度越大,對(duì)應(yīng)的褶皺程度越大,釋放后結(jié)構(gòu)越容易穩(wěn)定.

圖7 (a)釋放開(kāi)始時(shí)刻的碳原子數(shù)密度與釋放穩(wěn)定后的r g值;(b)釋放開(kāi)始時(shí)刻的C—C斷鍵、成鍵數(shù)量(s =0)Fig.7.(a)Number density of C atoms at the beginning of release process and the r g value at the end of release process;(b)Number of broken and formed C—C bonds at the beginning of release process for the graphene oxide sheets with s =0.

片層褶皺程度越大,褶皺球結(jié)構(gòu)越容易穩(wěn)定.而褶皺程度大的結(jié)構(gòu)變形大,變形主要表現(xiàn)在斷鍵、成鍵上.為了進(jìn)一步解釋片層褶皺程度與褶皺球結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)系,計(jì)算了褶皺球結(jié)構(gòu)釋放時(shí)刻的C—C斷鍵、成鍵數(shù)量.圖7(b)給出了褶皺球結(jié)構(gòu)釋放時(shí)刻C—C斷鍵、成鍵數(shù)量隨氧化率的變化,褶皺球結(jié)構(gòu)釋放時(shí)刻的C—C斷鍵、成鍵數(shù)量隨著f的升高而降低,這與片層褶皺程度隨著f的變化關(guān)系一致.這說(shuō)明片層上C—C斷鍵、成鍵數(shù)量會(huì)隨著褶皺程度的增大而增多,C—C斷鍵、成鍵數(shù)量越多,褶皺球結(jié)構(gòu)釋放后越容易穩(wěn)定.

圖8(a)釋放開(kāi)始時(shí)刻的碳原子數(shù)密度與釋放穩(wěn)定后的r g值;(b)釋放開(kāi)始時(shí)刻的C—C斷鍵、成鍵數(shù)量(f =50%)Fig.8.(a)Number density of C atoms at the beginning of release process and the r g value at the end of release process;(b)Number of broken and formed C—C bonds at the beginning of release process for the graphene oxide sheets with f=50%.

圖8(a)給出了褶皺球結(jié)構(gòu)釋放時(shí)刻碳原子數(shù)密度和釋放穩(wěn)定后rg值隨含氧基團(tuán)比例的變化.當(dāng)褶皺球結(jié)構(gòu)總原子數(shù)密度為~200 nm–3時(shí),其對(duì)應(yīng)的碳原子數(shù)密度隨著s的增大而增大,釋放穩(wěn)定的rg值隨著褶皺球結(jié)構(gòu)釋放時(shí)刻碳原子數(shù)密度的減小而增大.片層的褶皺程度隨著s的變化而變化,s越大,片層壓縮到同一總原子數(shù)密度時(shí)的碳原子數(shù)密度越大,對(duì)應(yīng)的褶皺程度越大,褶皺球結(jié)構(gòu)越容易穩(wěn)定.圖8(b)給出了褶皺球結(jié)構(gòu)釋放時(shí)刻C—C斷鍵、成鍵數(shù)量隨著含氧基團(tuán)比例的變化,褶皺球結(jié)構(gòu)釋放時(shí)刻C—C斷鍵、成鍵數(shù)量隨s的變化與褶皺程度隨s的變化規(guī)律一致.這同樣說(shuō)明褶皺球結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與片層上C—C斷鍵、成鍵數(shù)量有關(guān),C—C斷鍵、成鍵數(shù)量越多,褶皺球結(jié)構(gòu)釋放后越容易穩(wěn)定.

4 結(jié)論

本文通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)方法,采用ReaxFF勢(shì)函數(shù),模擬了單層氧化石墨烯沿徑向加載的褶皺過(guò)程以及去除徑向力的釋放過(guò)程,研究了羥基和環(huán)氧基對(duì)石墨烯片層褶皺行為以及褶皺球結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響.通過(guò)觀察氧化石墨烯片層褶皺過(guò)程原子構(gòu)型演變,發(fā)現(xiàn)片層褶皺行為受含氧基團(tuán)種類的影響.當(dāng)含氧基團(tuán)全為羥基時(shí),片層表現(xiàn)出一種從邊緣向中部“推進(jìn)式”的褶皺行為.當(dāng)含氧基團(tuán)全為環(huán)氧基時(shí),片層表現(xiàn)出局部片層“貼合式”的褶皺行為.通過(guò)觀察褶皺球最終結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)不同的褶皺行為會(huì)導(dǎo)致褶皺球最終結(jié)構(gòu)的差異.當(dāng)片層表現(xiàn)出“推進(jìn)式”的褶皺行為時(shí),褶皺最終結(jié)構(gòu)在一個(gè)方向以折痕與折痕的堆疊為主,在另一個(gè)方向以片層與片層的貼合為主.當(dāng)片層表現(xiàn)出“貼合式”的褶皺行為時(shí),褶皺球最終結(jié)構(gòu)折痕與片層的分布相對(duì)均勻.通過(guò)觀察原子級(jí)勢(shì)能增量分布以及C—C斷鍵、成鍵位置分布,發(fā)現(xiàn)片層的斷鍵、成鍵主要出現(xiàn)在變形程度較大的區(qū)域,即折痕處.通過(guò)計(jì)算氧化石墨烯片層褶皺過(guò)程C—C斷鍵、成鍵數(shù)量,發(fā)現(xiàn)相比于羥基,環(huán)氧基使與其相連的C—C鍵更容易斷裂.通過(guò)分析褶皺球結(jié)構(gòu)釋放穩(wěn)定后相對(duì)回轉(zhuǎn)半徑與釋放時(shí)刻碳原子數(shù)密度的關(guān)系,并計(jì)算其釋放時(shí)刻的C—C斷鍵、成鍵數(shù)量,發(fā)現(xiàn)褶皺球結(jié)構(gòu)釋放時(shí)刻C—C斷鍵、成鍵數(shù)量越多,釋放后越容易穩(wěn)定.