[发明专利]一种引入缺陷的石墨烯与金属之间润湿性的预测方法

权利要求书

1.一种引入缺陷的石墨烯与金属之间润湿性的预测方法，其特征在于：所述的预测方法基于第一性原理的密度泛函理论，通过计算引入缺陷的石墨烯与金属团簇吸附后的吸附能及键能和结构的变化，预测不同缺陷的石墨烯与金属的润湿性，具体内容为：

一、计算过程

先构建含有不同缺陷类型的石墨烯模型和金属Al₁₃团簇与Cu₁₃团簇模型，分别将无缺陷石墨烯和含有不同缺陷的石墨烯与金属团簇结构组合在一起，然后进行结构优化，获得最稳定的结构，并进行吸附能、键能、结构计算；

所述的缺陷包括空位缺陷，掺杂Ni缺陷，吸附Ni缺陷；

所有计算结果分析要与引入缺陷后石墨烯与金属之间的实际润湿性效果作对比验证，最后确定引入缺陷后对石墨烯与金属之间的润湿性的影响，为高性能金属基石墨烯复合材料的制备和改性提供预测方法，同时确保计算方法的可靠性；

二、模型构建

无缺陷石墨烯结构、引入缺陷的石墨烯结构和金属Al₁₃团簇或者Cu₁₃团簇结构的模型构建方法：

⑴根据石墨烯是碳原子以SP²杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，其平面结构参数为：每个C原子与周围相连的3个C原子之间键长a₁＝a₂＝a₃＝0.42nm，三个键的夹角β₁＝β₂＝β₃＝120°，利用CASTEP计算模块建立具有平面周期性的二维结构，建立7×7的石墨烯超晶胞模型；

⑵根据实际实验中引入的缺陷类型分别建立点缺陷，掺杂Ni，吸附Ni的二维平面石墨烯缺陷结构，其中点缺陷石墨烯是将无缺陷石墨烯的超晶胞结构里的一个C原子删除后结构优化得到的结构；掺杂Ni缺陷是将无缺陷石墨烯的超晶胞结构里的一个C原子用Ni原子取代后结构优化得到的结构；吸附Ni缺陷是将无缺陷石墨烯的超晶胞结构吸附一个Ni原子后结构优化得到的结构；

⑶金属Al₁₃团簇和Cu₁₃团簇结构分别是以13个Al原子或者13个Cu原子为单元进行结构优化后得到的稳定结构，Cu-Cu、Al-Al之间的键长分别为0.25nm和0.27nm。

2.根据权利要求1所述的一种引入缺陷的石墨烯与金属之间润湿性的预测方法，其特征在于：所述的计算过程采用的晶格常数为一致认可的实验值，电子与电子之间的作用力均采用GGA泛函数进行校正，平面波展开的截断能取400eV，布里渊区网格化密度取3×3×1，自洽场中收敛标准1.0×10^-6eV/atom，结构优化中作用于原子上的受力小于0.1eV/nm，单原子能量小于5.0×10^-6eV/atom，原子位移变化小于5.0×10^-5nm；

计算过程包括在稳定结构下体系的石墨烯与金属团簇之间的键能，稳定结构和态密度，为得到比较稳定的精确结果，首先对无缺陷、引入缺陷的石墨烯结构、Al₁₃团簇和Cu₁₃团簇进行几何结构优化，得到准确的参数后，再分别对石墨烯与金属团簇结合体系进行结构优化。

3.根据权利要求1所述的一种引入缺陷的石墨烯与金属之间润湿性的预测方法，其特征在于：所述的引入缺陷的石墨烯与金属团簇吸附后的吸附能及键能和结构的变化包括：引入缺陷前后石墨烯与金属团簇成键位置的变化、键能的变化、元素价态的变化及体系态密度的变化，最后确定引入缺陷前后石墨烯与金属团簇微观结构和性质的变化，明确微观结构性能的变化对润湿性的影响，为高性能金属基石墨烯复合材料的制备和改性提供预测方法。