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真空 ›› 2021, Vol. 58 ›› Issue (1): 10-14.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2021.01.03

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多孔石墨烯渗氦仿真研究*

张骁, 刘招贤, 孟冬辉, 任国华, 王莉娜, 闫荣鑫   

  1. 北京卫星环境工程研究所,北京 100094
  • 收稿日期:2020-09-16 出版日期:2021-01-25 发布日期:2021-01-26
  • 通讯作者: 闫荣鑫,研究员。
  • 作者简介:张骁(1996-),男,湖南株洲人,硕士生。
  • 基金资助:
    *国家自然科学基金航天先进制造联合基金(U1537109),国防科工局技术基础计量课题(编号JSJL2018203B016)

Simulation Study on Porous Graphene Helium Permeation

ZHANG Xiao, LIU Zhao-xian, MENG Dong-hui, REN Guo-hua, WANG Li-na, YAN Rong-xin   

  1. Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering, Beijing 100094, China
  • Received:2020-09-16 Online:2021-01-25 Published:2021-01-26

摘要: 多孔石墨烯膜具有渗透率易于调节、稳定性好等特点,可以实现可控纳米渗透元件来作为真空检漏中的标准漏孔材料。本文采用MD模拟进行单层多孔石墨烯渗氦仿真,得到不同方向、大小、形状多孔石墨烯渗氦参数。仿真模拟表明:各方向上石墨烯缺陷缺失碳环数和渗氦率近似可呈线性关系,且各项斜率近似相等;石墨烯缺陷缺失碳环数较少时,不同形状石墨烯缺陷的渗氦率相近,缺陷缺失碳环数较多时需通过对势垒降低的计算和模拟得到渗透增量,进而利用小孔渗透率可以推算大孔渗透率。仿真结果表明多孔石墨烯作为标准漏孔渗透材料的可控性,对渗透实验具有指导意义。

关键词: 石墨烯, 渗透, 分子动力学模拟,

Abstract: There are characteristics of easy adjustment of permeability and good stability for porous graphene membrane that can realize a controllable nano-permeable component as materials of standard leak in vacuum leak. In this paper, MD simulation is used to simulate the helium permeation of single-layer porous graphene, and the helium permeation parameters of porous graphene in different directions and different forms are obtained. The simulation result shows that the number of defective carbon rings and the helium permeation rate of graphene defects can be approximately linear along the zigzag direction and the diagonal direction, and the slopes are approximately equal. The helium permeation rate of graphene with different graphene shapes is similar when the number of missing carbon rings in monolayer porous graphene is small, and the permeation increment is obtained by calculating and simulating the barrier reduction when the number of missing carbon rings is large. This conclusion proves the controllability of porous graphene as materials of standard leak, which has guiding significance for permeation experiments.

Key words: graphene, penetration, molecular dynamics simulation, membrane

中图分类号: 

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