石墨烯凭借超薄的二维特性、优异的光学、电学、热学、机械和化学性能,成为备受关注的碳纳米材料之一,在许多领域都拥有广泛的应用。但是困扰它们应用的一个障碍就是他们的剥离、分散和在溶液中稳定存在的问题。液相剥离法凭借其简单、高效及可制备高质量石墨烯等优势成为制备石墨烯的重要途径。超临界CO₂凭借其高的扩散系数、低的表面张力和绿色环保等优点,已经被用于石墨烯的制备。此外对石墨烯进行功能化是提高石墨烯分散性和稳定性的有效办法,而芘基聚合物借助其与石墨烯的π-π相互作用对石墨烯进行非共价修饰被科学家们关注。虽然实验方法证明在超临界CO₂环境中,芘基聚合物在有机溶剂中可以将固体石墨剥离为少层甚至单层石墨烯,由于其局限性,但很难给出分子水平上的具体而细致的描述。因此本文利用模拟的手段,在分子尺度上考察在超临界CO₂流体的辅助下,在有机溶剂对二甲苯环境中,利用芘基聚合物剥离石墨烯过程中各组分的作用。我们的研究内容包括以下两个方面:首先,我们用分子动力学模拟方法研究超临界CO₂的浓度以及体系的压强对石墨烯剥离的影响;并选择双层石墨烯片层间距作为体系变量,集中考察超临界CO₂和溶剂分子在石墨烯剥离分散过程中的具体作用。研究发现,石墨烯的剥离和分散是超临界CO₂和溶剂分子协同效应的结果,两者相辅相成,缺一不可,共同实现石墨烯的剥离和分散。当超临界CO₂和对二甲苯溶剂分子的摩尔比不低于2.5时,才能达到剥离分散石墨烯的效果。在剥离过程中超临界CO₂发挥“楔子”的作用,在较小片层间距时,CO₂能够像润滑剂一样先进入片层之间,为溶剂分子的进入提供了契机;在超临界CO₂的帮助下,溶剂分子进入片层中间形成层状结构,同时增大两片石墨烯片层之间的间距,减弱了石墨烯片层之间的结合能,为两片层的剥离分散奠定了基础。其次,我们用分子动力学方法研究芘基聚合物在不同石墨烯片层初始间距下发挥的作用,并用拉伸分子动力学量化计算在石墨烯片层初始间距比较小的情况下芘基聚合物在剥离中的贡献。并且构建“溶剂/芘基聚合物/多层石墨烯”模拟体系,考察芘基聚合物对已经分散的石墨烯再聚集的阻碍作用。结果表明,当片层间距较小时,只有少量芘基聚合物可以进入到片层中间,大多数都贴合在石墨烯外表面,在剥离的过程中起的作用不大,虽然可以减小两片层之间的引力,但效果有限,更多的是起到修饰石墨烯的作用;当石墨片层初始间距较大时,更多的聚合物可以进入片层中间,才能较大程度的较弱片层间吸引力。芘基聚合物的主要功能是防止分散后的石墨烯再聚集。