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利用超级计算机模拟技术开发石墨烯规模化生产
2021年06月08日 发布 分类:技术前沿 点击量:110
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自被发现开始,石墨烯就以其独特性能引起全球广泛关注,它被寄望于下一代电子产品,工业装备和工具的新型涂层,生物医学技术革新等。但它最大的问题还是批量化生产,最新研究显示液态铜催化可能是一种有前途的量产方法,但由于深层机理了解仍有限,所以该方法还处于研究阶段。近日,为了应对这些挑战并帮助开发更快生产石墨烯的方法,慕尼黑工业大学 (TUM) 的一组研究人员利用超级计算机进行模拟,相关成果发表在化学物理期刊(Journal of Chemical Physics)上。https://doi.org/10.1021/acsnano.0c10377

液态铜上生长石墨烯MD模拟

石墨烯的工业应用需要实现低沉本可靠的高质量生产。目前很有前途的一种方法是利用液态金属催化剂促进石墨分子前提在液态金属表面自组装生成石墨烯片。但它也有一些问题需要解决。比如熔化所使用的典型金属(如铜)所需的高温,这种极端工况无法让研究人员观察调整其正确生成。而通过计算机模拟是一个可行的方式。

但是,模拟动态系统(例如液体)的行为并非没有其自身的复杂性。研究小组的Andersen说,“描述这样的事情的问题是你需要应用分子动力学 (MD) 模拟来获得正确的采样,当然,还有系统大小——你需要有一个足够大的系统来准确模拟液体的行为。”与实验不同,分子动力学模拟使研究人员能够从各种不同的角度观察原子尺度上发生的事件,或者暂停模拟以关注不同方面。但其中最主要的是精度和成本之间的折衷——当依赖准确的从头算方法来驱动 MD 模拟时,获得足够大且持续时间足够长的模拟以有意义的方式准确地模拟这些反应的计算成本非常高。

该团队使用这些高度准确的模拟来帮助开发更便宜的方法来驱动 MD 模拟,以便在不影响准确性的情况下模拟更大的系统和更长的时间尺度成为可能。“模拟和实验双管齐下至关重要。”

编译 YUXI


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