与石墨的单原子层一样,石墨烯内部碳原子的排列方式以sp~2杂化成键。而多层石墨烯的苯环结构是由碳原子紧密堆积的方式而形成的周期性结构。它不同的堆垛方式构成了一种新型的二维材料(包括AB堆垛、AA堆垛和ABC堆垛等)。由于以上纳米结构的特异性形成了其优异的性质,石墨烯可以被应用于许多先进的材料与器件之中,如液晶触摸材料、薄膜材料、压电材料、微型电子器件、储能材料和复合材料等。而且由于石墨烯还具有良好的导热性、极高的强度、高的透明度和大的比表面积。因此,石墨烯在生物传感器技术、场效应晶体管、太阳能电池、超级电容器、催化剂载体等光学、电子、信息存储、能源材料等领域具有广阔的应用前景,比如生物传感技术、场效应晶体管、太阳能电池、超级电容器和催化剂载体等。在本文中,我们将采用分子动力学理论方法,对多层石墨烯的力学性能进行全面的研究,内容如下:1.使用纳米压痕理论模拟计算了1-19层石墨烯的杨氏模量。结果表明,当层数较小时,杨氏模量基本保持在1.00 TPa左右。但当层数较大时,杨氏模量呈减小趋势,层数对纳米压痕下得到的杨氏模量影响较大。2.使用拉伸理论计算了1-19层石墨烯的杨氏模量,其值在1.06-1.09 TPa之间变化。与纳米压痕理论的计算结果不同,拉伸理论得到的杨氏模量不随层数的增加而变化。3.基于纳米压痕理论,分析了多层石墨烯的结构、加载力-层数曲线和1-19层石墨烯的断裂力。结果表明,随着层数的增加,多层石墨烯转变为块状石墨,说明纳米压痕理论已经达到一定的极限。此外,我们模拟了不同的圆膜半径的纳米压痕过程,并计算得出纳米压痕理论的阈值层。4.对1-10层石墨烯的破坏强度进行了计算模拟、从模拟结果来看,1-4层石墨烯的破坏强度下降的很快,2-5层石墨烯的破坏强度大小以更小的速率减小。原因是随着层数的增加,石墨烯出现了更早的、更明显的非线性弹性行为。5.模拟了多层石墨烯层间滑移对力学性能的影响,发现滑移对破坏强度有一定的影响。此外,模拟了三种缺陷对多层石墨烯力学性能的影响。结果表明,不同缺陷的多层石墨烯的破坏强度均有所下降,表明缺陷对石墨烯的破坏强度有一定的影响。