石墨烯是单原子层厚度的新型二维纳米碳材料,自2004年被发现以来就一直得到科研工作者的广泛关注。石墨烯具有卓越的力学,热学,磁学和电学性能,被誉为新一代战略材料,在高性能纳米电子器件,复合材料,能量储存,气体传感器,场发射材料等领域具有广阔的应用前景。近年来,传统的剪纸/折纸技术被引入纳观领域,实验和数值模拟表明,剪纸技术作为一种简单、有效、可控的方法可以有效地大幅度提高石墨烯的延展性,特定的剪纸结构还会使石墨烯出现负泊松比效应,从而为有效调控石墨烯等二维纳米材料的性能,拓展其应用领域提供了一种新的解决方案。本课题通过引入矩形和菱形穿孔图案构建了两种石墨烯剪纸模型,使用分子动力学方法研究了石墨烯剪纸在单轴拉伸和剪切变形下的力学性能和变形破坏机制,着重研究了纵横比和参数S等穿孔尺寸参数对石墨烯剪纸力学性能的影响规律,并分析了其内在的调控机理。主要的研究工作如下:(1)研究了矩形和菱形穿孔石墨烯剪纸的拉伸力学性能以及穿孔尺寸参数的影响规律。研究结果表明,矩形和菱形穿孔大大降低了石墨烯的极限应力和杨氏模量,通过调控穿孔纵横比和参数S,可以有效地调控石墨烯剪纸的力学性能。当参数S较小时(S<6),矩形穿孔石墨烯剪纸在拉伸模拟过程中会发生平面外变形,断裂应变相较于完美石墨烯有所提高,最高可达完美石墨烯的两倍。当参数S较大时(S≥6),石墨烯剪纸结构不会发生平面外变形。菱形穿孔石墨烯剪纸的断裂应变小于完美石墨烯的断裂应变。矩形穿孔石墨烯剪纸在穿孔纵横比为2.5,S小于8时,泊松比出现负值。菱形穿孔石墨烯剪纸在穿孔纵横比为2.5,S小于6时,泊松比出现负值。此外,切口边缘氢化也会影响石墨烯剪纸的力学性能。研究发现,切口边缘氢化会增加菱形穿孔石墨烯剪纸的拉伸极限应力和杨氏模量,而对矩形穿孔石墨烯剪纸的极限应力和杨氏模量影响较小。(2)研究了矩形和菱形穿孔石墨烯剪纸的剪切力学性能以及穿孔尺寸参数的影响规律。研究发现,矩形和菱形穿孔显著降低了石墨烯的剪切极限应力和杨氏模量。通过调控穿孔纵横比和参数S,可以有效地调控石墨烯剪纸的剪切力学性能。当参数S较小时(S<5),矩形穿孔石墨烯剪纸的剪切断裂应变大于完美石墨烯的剪切断裂应变,增加纵横比可以增大矩形穿孔石墨烯的断裂应变。纵横比对菱形穿孔石墨烯剪纸的剪切极限应力作用显著,当纵横比减小时,菱形穿孔石墨烯剪纸的剪切极限应力显著提高。