Grafeeni-simulatsioonide-ylevaade

Comparison of the forcefields

Note: In Awasthi's paper the potential parameter K_B and K_A are written without complete units. Assumptions [k_B]=kCal/mol/Angstrom^2 and [k_B]=kCal/mol/rad^2 were used for this graph.

Note: In Walther's paper, the angle and dihedral potential parameters are represented with the same symbol. Here the value 562.2 kJ/mol was used for angle potential and 25.12 kJ/mol for dihedral potential.

Note: Bond energy from AIREBO forcefield is shown without the bond order term.

Bond-Angle-Dihedral kujul antud jõuväljad

http://dx.doi.org/10.1088/0965-0393/17/1/015002 - Eesmärk oli uurida nanotorudega täidetud plastiku mehaanilisi omadusi. Simuleeritud on polüetüleeni grafeeni pinnal. Polümeerile rakendati erinevates suundades jõudusid, et teda kas nihutada piki grafeeni pinda või pinnalt lahti rebida, Grafeen oli 2D-perioodilisel juhul lõpmatu tasapind, 1D-perioodilisel juhul kitsas riba, mille servas vesinikud. Grafeeni jõuväli on Consistent Valence Forcefield (http://dx.doi.org/10.1002/prot.340040106), mille parameetrid on artikli lõpus toodud. Jõuvälja kirjelduses aga puuduvad grafeeni serva lisatud vesinike sidemeparameetrid.

http://dx.doi.org/10.1021/jp011344u (Walther 2001) - uuriti vee liikumist süsiniknanotorude ümber. Antud on nanotoru jõuväli ja süsiniku-vee vaheline jõuväli.

http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2009.06.032 Characterizing mechanical properties of graphite using molecular dynamics simulation (Tsai 2010) - AMBER jõuväljast võetud jõukonstandid, kuid energiamiinimumide asukohad tõsteti väärtustele 1.42Å ja 120°. L-J parameetrid on pärit allikast, mida leida ei õnnestunud (L. Battezzatti, C. Pisani and F. Ricca, Equilibrium conformation and surface motion of hydrocarbon moleculars physisorbed on graphite, J Chem Soc 71 (1975), pp. 1629–1639). Kasutati DL_POLY.

Üldisemad ja reaktiivsed süsiniku jõuväljad

http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/14/4/312 (Brenner 2002) - REBO reaktiivne jõuväli, mis on interpoleeritud teemandi, grafiidi ja süsivesinike põhjal.

http://dx.doi.org/10.1063/1.481208 (Stuart 2000) - AIREBO reaktiivne jõuväli.

http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.42.9458 (Brenner 1990) - reaktiivne jõuväli teemandi keemilise sadestamise simuleerimiseks.

http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.71.035211 (Erhart 2005) - süsiniku, räni ja ränikarbiidi jõuväli, väidetavalt sobib näiteks süsiniku mehaaniliste omaduste simuleerimiseks.

http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.61.2879 (Tersoff 1988)

http://dx.doi.org/10.1021/ja00124a002 AMBER - jõuväli proteiinidele ja orgaanilistele molekulidele

Neid jõuvälju kasutavad simulatsioonid

AMBER

http://dx.doi.org/10.1039/b823189c (Kislenko 2009) - uuriti ioonvedelikku lõpmatu tasapinnalise elektriliselt laetud grafiidikihi pinnal. Ioonvedeliku katioonide jaoks kasutati AMBER-jõuvälja, anioonid olid jäigad ja grafeeni jõuvälja pole antud. Simulatsioonis näidati, kuidas grafiidipinnasti kuni 20Å kauguseni olid anioonid ja katioonid kihiti vaheldumisi. Kihte on pinnaga ristuvas suunas massijaotust näitaval graafikul, samuti komponentide kontsentratsiooni

http://dx.doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2009.10.017 (Tsai 2010) - Uuritakse grafeeni mehaanilist purunemist. Kasutatakse AMBER-jõuväljast võetud väärtusi ja DL_POLY. Kuna sidemed on fikseeritud (jõuväli pole reaktiivne), peetakse simulatsioon regulaarselt kinni ja kustutatakse osa sidemeid ära, et pragu saaks kasvada.

Tersoff

http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.84.4613 (Berber 2000) - Simuleeriti nanotorusid, kasutati Tersoffi potentsiaali.

http://dx.doi.org/10.1016/j.physleta.2009.07.048 (Bu 2009) - Uuritakse grafeenis levivaid vibratsiooni ja grafeeniriba puruks tõmbamist. Kasutatakse Tersoffi potentsiaali.

Brenner (REBO)

http://dx.doi.org/10.1088/0957-4484/21/7/075710 (Martins 2009) - Grafeenileht on rulli keeratud nagu vaip. Uuritakse nende kokku- ja lahtirullumist. Kasutatakse Brenneri jõuvälja (viited nii 1990. kui 2002. aasta artiklitele) koos Lennard-Jonesi potentsiaaliga.

http://dx.doi.org/10.1021/la062254p (Gao 2007) - Kahe teemandipinna vahelist hõõrdumist simuleeritakse REBO-potentsiaaliga.

http://dx.doi.org/10.1063/1.3329541 Isotopic effects on the thermal conductivity of graphene nanoribbons: Localization mechanism (Jiang 2010) - Kasutati Brenner-2002 potentsiaali. Kasutatud programmi pole kirjas. Simuleeritud 106Å x 4.92Å grafeenitükis oli 400 aatomit, boks oli ainult riba laiuse suunas korduv.

AIREBO

http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/188/1/012052 (Jia 2009) - Nanotoru on ümbritsetud polüetüleeniga. Nii nanotoru kui polüetüleeni puhul kirjeldab lähimõju (kuni 2Å kauguseni) AIREBO jõuväli, millele kaugmõju jaoks on lisatud Lennard-Jonesi potentsiaal. Samas eeldatakse, et nanotoru ei deformeeru.

http://dx.doi.org/10.1088/0957-4484/21/11/115709 (Pei 2010) - Grafeenilehe serva või pinnale lisatakse metüülrühmade rida ja uuritakse selle mõju tõmbetugevusele AIREBO-jõuvälja alusel LAMMPS-programmiga.

Erhart

http://dx.doi.org/10.1063/1.3259427 (Nakajima 2009) - Simuleeriti ringi- või ristkülikukujulisi grafeenihelbeid vaakumis, grafeeni servadesse vesinikku ei lisatud. Uuriti näiteks kuju, mille niisugused helbed tasakaaluolekus võtavad. Kasutati Erharti potentsiaali, mille parameetrid (s.h. sideme katkemise kaugusvahemik) on välja toodud, kuid ilmselt ei sobi DL_POLYga kasutamiseks.

Muud jõuväljad

http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.055504 (Legoas 2003) - nanotorude simuleerimiseks kasutati UFF-jõuvälja.

http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.105702 Simuleeritakse nanopoorse süsiniku poorides hoitavat argooni. Kasutatakse Lennard-Jonesi potentsiaali ja Steele potentsiaali (lähendust, mis eeldab, et poori sein ühe Ar-aatomi juures on nagu lõpmatu suur grafeenitasand).

http://dx.doi.org/10.1080/15421400902946293 (Iyama 2010) - Grafeenitüki ja naatriumiiooni vastastikmõju uurimiseks ja difusioonikoefitsentide leidmiseks kasutatakse Molecular Orbital - Molecular Dynamics (MO-MD) meetodit, kus aatomit liigutavad jõud määratakse otse orbitaaliarvutuste tulemuste põhjal. Pildilt on näha, et grafeenilehe servad on termineeritud. Grafeenitükkide arvu süsteemis kirjas ei ole, pildil on üksainus.