Tahouneh, Vahid;Naei, Mohammad Hasan;Mashhadi, Mahmoud Mosavi
Steel and Composite Structures
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제34권2호
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pp.261-277
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2020
The main objective of this research paper is to consider vibration analysis of vacancy defected graphene sheet as a nonisotropic structure via molecular dynamic and continuum approaches. The influence of structural defects on the vibration of graphene sheets is considered by applying the mechanical properties of defected graphene sheets. Molecular dynamic simulations have been performed to estimate the mechanical properties of graphene as a nonisotropic structure with single- and double- vacancy defects using open source well-known software i.e., large-scale atomic/molecular massively parallel simulator (LAMMPS). The interactions between the carbon atoms are modelled using Adaptive Intermolecular Reactive Empirical Bond Order (AIREBO) potential. An isogeometric analysis (IGA) based upon non-uniform rational B-spline (NURBS) is employed for approximation of single-layered graphene sheets deflection field and the governing equations are derived using nonlocal elasticity theory. The dependence of small-scale effects, chirality and different defect types on vibrational characteristic of graphene sheets is investigated in this comprehensive research work. In addition, numerical results are validated and compared with those achieved using other analysis, where an excellent agreement is found. The interesting results indicate that increasing the number of missing atoms can lead to decrease the natural frequencies of graphene sheets. It is seen that the degree of the detrimental effects differ with defect type. The Young's and shear modulus of the graphene with SV defects are much smaller than graphene with DV defects. It is also observed that Single Vacancy (SV) clusters cause more reduction in the natural frequencies of SLGS than Double Vacancy (DV) clusters. The effectiveness and the accuracy of the present IGA approach have been demonstrated and it is shown that the IGA is efficient, robust and accurate in terms of nanoplate problems.
This paper investigates the vibration behavior of pristine and defected triangular graphene sheets; which has recently attracted the attention of researchers and compare these two types in natural frequencies and sensitivity. Here, the molecular dynamics method has been employed to establish a virtual laboratory for this purpose. After measuring the different parameters obtained by the molecular dynamics approach, these data have been analyzed by using the frequency domain decomposition (FDD) method, and the dominant frequencies and mode shapes of the system have been extracted. By analyzing the vibration behaviors of pristine triangular graphene sheets in four cases (right angle of 45-90-45 configuration, right angle of 60-90-30 configuration, equilateral triangle and isosceles triangle), it has been demonstrated that the natural frequencies of these sheets are higher than the natural frequency of a square sheet, with the same number of atoms, by a minimum of 7.6% and maximum of 26.6%. Therefore, for increasing the resonance range of sensors based on 2D materials, nonrectangular structures, and especially the triangular structure, can be considered as viable candidates. Although the pristine and defective equilateral triangular sheets have the highest values of resonance, the sensitivity of defective (45,90,45) triangular sheet is more than other configurations and then, defective (45,90,45) sheet is the worst choice for sensor applications.
Graphene, with impressive electronic properties, have high potential in the microelectronic field. However, graphene itself is a zero bandgap material which is not suitable for digital logic gates and its application. Thus, much focus is on graphene nanoribbons (GNRs) that are narrow strips of graphene. During GNRs fabrication process, the occurrence of defects that ultimately change electronic properties of graphene is difficult to avoid. The modelling of GNRs with defects is crucial to study the non-idealities effects. In this work, nearest-neighbor tight-binding (TB) model for GNRs is presented with three main simplifying assumptions. They are utilization of basis function, Hamiltonian operator discretization and plane wave approximation. Two major edges of GNRs, armchair-edged GNRs (AGNRs) and zigzag-edged GNRs (ZGNRs) are explored. With single vacancy (SV) defects, the components within the Hamiltonian operator are transformed due to the disappearance of tight-binding energies around the missing carbon atoms in GNRs. The size of the lattices namely width and length are varied and studied. Non-equilibrium Green's function (NEGF) formalism is employed to obtain the electronics structure namely band structure and density of states (DOS) and all simulation is implemented in MATLAB. The band structure and DOS plot are then compared between pristine and defected GNRs under varying length and width of GNRs. It is revealed that there are clear distinctions between band structure, numerical DOS and Green's function DOS of pristine and defective GNRs.
M.W. Chuan;S.Z. Lok;A. Hamzah;N.E. Alias;S. Mohamed Sultan;C.S. Lim;M.L.P Tan
Advances in nano research
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제14권1호
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pp.1-15
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2023
Driven by the scaling down of transistor node technology, graphene became of interest to many researchers following the success of its fabrication as graphene nanoribbons (GNRs). However, during the fabrication of GNRs, it is not uncommon to have defects within the GNR structures. Scaling down node technology also changes the modelling approach from the classical Boltzmann transport equation to the quantum transport theory because the quantum confinement effects become significant at sub-10 nanometer dimensions. The aim of this study is to examine the effect of Stone-Wales defects on the electronic properties of GNRs using a tight-binding model, based on Non-Equilibrium Green's Function (NEGF) via numeric computation methods using MATLAB. Armchair and zigzag edge defects are also implemented in the GNR structures to mimic the practical fabrication process. Electronic properties of pristine and defected GNRs of various lengths and widths were computed, including their band structure and density of states (DOS). The results show that Stone-Wales defects cause fluctuation in the band structure and increase the bandgap values for both armchair GNRs (AGNRs) and zigzag GNRs (ZGNRs) at every simulated width. In addition, Stone-Wales defects reduce the numerical computation DOS for both AGNRs and ZGNRs. However, when the lengths of the structures increase with fixed widths, the effect of the Stone-Wales defects become less significant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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