剪切形变下磷烯的力学和热学性能

磷烯是一种新型的二维半导体材料,近年来得到了研究者们的广泛关注.通过分子动力学模拟对磷烯在剪切形变下的力学和热学性能进行了系统探究.磷烯的剪切力学呈现出各向同性的特点,沿扶手椅与锯齿方向的剪切模量均约为22 GPa.磷烯的断裂强度和极限应变对温度十分敏感,高温会显著削弱磷烯抗剪切形变的能力.无应变时磷烯沿锯齿与扶手椅方向热导率的各向异性比为2.83.当对磷烯施加剪切应变时,磷烯沿扶手椅方向的热导率随着剪切应变的增大而减小,但是剪切应变对磷烯锯齿方向热导率的影响则相对较弱.通过对磷烯的声子态密度分析发现,剪切形变主要对其柔性声子模式的振动特性具有显著影响,使高频声子发生了红移.同时,剪切形变的存在会严重改变晶格的非简谐振动,继而在不同程度上对磷烯声子间的散射产生重要的影响.磷烯声子态密度的改变以及声子散射通道的变化共同决定了其在剪切形变下的导热特性.