Abstrakt

Vergleiche zwischen experimenteller und rechnerischer Simulation von HR-TEM-Bildern in Graphenoxid

JJPrias-Barragan, LM Mej´Ã„±a-Mendoza, M. Velasco, JD Perea, A. Aspuru-Guzik, C. Acosta Minoli

Graphenoxid (GO) wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von flexibler Elektronik bis hin zur Energiespeicherung. Ein Versuch, experimentelle und rechnerische Simulationen von HR-TEM-Bildern in Beziehung zu setzen, wurde jedoch nicht aus einer atomistischen Perspektive untersucht. In dieser Arbeit wurden Vergleiche zwischen experimentellen und rechnerischen Simulationen von HRTEM-Bildern in GO durchgeführt, wobei molekulardynamische Simulationen und ein Vielteilchenpotential verwendet wurden. Wir haben ein Heiz-Abschreckverfahren in einem thermodynamischen Bereich entwickelt, um eine Probe von 7.479 Atomanordnungen zu untersuchen, die bei unterschiedlichen Dichten und Abschreckraten hergestellt wurden und Graphen-Elementarzellen als Vorläuferstrukturen verwendeten. Die HR-TEM-Experimente wurden im 5-nm-Maßstab durchgeführt. Alle simulierten Proben wurden numerisch durch die Berechnung der freien Volumina, Oberflächen, radialen Verteilungsfunktionen und Strukturfaktoren charakterisiert. Besonders nützlich fanden wir, wie die reaktive Potentialenergie die GO-Struktur durcheinanderbringen könnte. Es war möglich, die atomistischen Musterbildungen von Hydroxyl- und Epoxidbrücken in GO zu identifizieren. Die experimentellen und simulierten Elektronenbeugungsmuster zeigten polykristalline Strukturen mit Wechselwirkungen zwischen ersten und zweiten Nachbarn sowie eine 64,68-prozentige Übereinstimmung zwischen den Standardabweichungen/Mittelwertverhältnissen, die aus der Histogrammanalyse gewonnen wurden. Diese Ergebnisse legen nahe, dass unser Kalkül, das auf dem reaktiven Potenzial basiert, mit den verfügbaren experimentellen Daten und potenziellen Anwendungen von Hochleistungs-GO-Materialien in der Elektronik kompatibel ist. In diesem Fall ist unser Kalkül eine zuverlässige Wahl, um GO-Strukturen mit geringem Rechenaufwand zu erzeugen.