碳纳米管包裹的硅纳米线复合结构的热稳定性研究

采用经典分子动力学方法模拟一定直径[111]晶向的硅纳米线填充不同扶手椅型单壁碳纳米管复合结构的加热过程, 通过可视化和能量分析的方法判断复合结构中硅纳米线和碳纳米管的热稳定性. 通过讨论碳纳米管的空间限制作用和分子间相互作用力的关系, 对碳纳米管和硅纳米线的热稳定性变化进行初步解释. 研究发现碳纳米管中硅纳米线的热稳定性和碳纳米管的直径关系密切: 当管径较小时, 硅纳米线的热稳定性有所提高, 当管径增大到一定大小时, 硅纳米线的热稳定性会突然显著地下降, 直到硅纳米线与管壁不存在分子间相互作用力, 硅纳米线的热稳定性才会恢复. 而硅纳米线填充到碳纳米管中对碳纳米管的热稳定性有着明显的降低作用.     

碳纳米管表面硅纳米颗粒的结构与热稳定性

利用分子动力学方法研究了碳纳米管表面硅颗粒的结构和热稳定性.发现随着温度的增加,碳纳米管表面硅颗粒结构发生了由笼状结构到帐篷状结构的变化.碳管表面的硅颗粒在熔点附近或更高的温度下,结构变得无序,并沿着碳纳米管轴向方向伸长.此外,通过对比分析碳纳米管表面硅颗粒与自由条件下硅颗粒Lindemann指数的变化,发现碳纳米管表面的硅纳米颗粒熔点要低于自由条件下硅纳米颗粒的熔点.     

碳纳米管内金纳米线的结构与热稳定性

采用分子动力学模拟方法, 研究了填充在(8,8)单壁碳纳米管内的Au纳米线的结构和热稳定性. 研究表明, 经高温退火至室温, Au在碳纳米管内能生成多样而稳定的结构上明显区别于自由状态Au纳米线的壳层螺旋结构Au纳米线, 其螺旋结构会随着温度的变化而转变. 束缚在碳纳米管内的壳层螺旋结构Au纳米线有非常好的热稳定性, 稳定温度高于块体Au晶体的熔化温度. 关键词： 纳米线 碳纳米管 热稳定性 分子动力学模拟     

硅纳米颗粒在碳纳米管表面生长的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了硅纳米颗粒在碳纳米管上的生长，并分析了这种复合材料的基本结构.研究表明，由于硅原子和碳纳米管之间的相互作用以及碳纳米管的巨大的表面曲率，硅原子在碳纳米管表面不是形成覆盖碳纳米管的二维薄膜，而是生成具有三维结构的硅纳米颗粒.小纳米颗粒的结构和无基底条件下生成的颗粒结构基本一致.对于大纳米颗粒，不同于无基底条件下形成的球状纳米晶体硅结构，硅纳米颗粒沿管轴方向伸长，其结构为类似于硅晶体的无定形网络结构. 关键词： 纳米颗粒 碳纳米管 硅 分子动力学模拟     

气体吸附对硅锗异质结纳米线电子结构与光学性质的影响

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(GGA),采用第一性原理方法探讨了沿[112]晶向的硅锗异质结纳米线作为气体传感器检测CO,CO₂和Cl₂的能力，着重计算了其吸附气体分子前后的吸附能、能带结构与光学性质.几何结构优化计算表明：不同硅锗组分的[112]晶向的硅锗纳米线对CO,CO₂和Cl₂分子的吸附能的绝对值在0.001 eV至1.36 eV之间，其中Si₂₄Ge₃₆H₃₂对CO₂气体的吸附能最大，气敏性能最好.能带结构计算表明：吸附CO和CO₂分子的[112]晶向硅锗纳米线能带的简并度明显减小，带隙变化较小；而吸附Cl₂分子后的价带顶与导带底之间产生了杂质能级使其带隙减小.光学性质计算表明：Si₂₄Ge₃₆H₃₂纳米线吸附CO, CO₂和Cl₂分子后的光学...     

缺陷对单壁碳纳米管熔化与预熔化的影响

利用分子动力学模拟研究了具有几种常见缺陷的单壁碳纳米管的熔化与预熔化性质. 研究结果表明, 类似于纳米颗粒和聚合物, 碳纳米管发生熔化时的Lindemann指数为003, 远低于晶体熔化的判据01—015 使用Lindemann指数, 得出标准碳纳米管的熔化温度为4800K左右, 而带缺陷的碳纳米管的熔化总是从缺陷处开始, 并且缺陷会影响碳纳米管局部的熔化温度, 导致局部预熔化. Stone-Wales缺陷在2600K引起碳纳米管的局部熔化,空位缺陷导致的局部熔化温度在3200K, 而具有硅替位缺陷的碳纳米管在3800K以下具有很好的热稳定性. 关键词： 熔化 预熔化 缺陷 碳纳米管     

多壁碳纳米管外壁高温蒸发的分子动力学模拟

采用经典分子动力学（MD）方法,使用EDIP（environment-dependent interatomic potential)势描述C纳米管内C原子之间相互作用,对多壁C纳米管由于Stone-Wales缺陷引起外层管高温剥落蒸发现象进行了计算模拟.研究结果表明,高温下多壁C纳米管外层管Stone-Wales缺陷处C原子剧烈振动导致C—C键断裂形成悬键,并逐渐向四周扩散导致外层管剥落蒸发.利用Lindemann指数作为判据,得出多壁C纳米管外层管出现剥落蒸发的温度为2290 K左右,与Huang Jianyu等实验中观测到多壁C纳米管外层管剥落蒸发现象产生的温度2000 ℃基本一致. 关键词： 多壁C纳米管 分子动力学 Stone-Wales缺陷 剥落蒸发     

碳纳米管熔接金电极的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法,研究了单壁碳纳米管与Au电极的高温熔接. 模拟结果表明,用端口吸附了Au团簇的碳纳米管在高温下能很好地与Au电极熔接. 首先将Au团簇放置于碳纳米管开口处进行高温退火,退火温度在1100 K左右,Au团簇部分Au原子进入碳纳米管管内,吸入碳纳米管中的Au原子形成壳层螺旋结构的Au纳米线,管外Au团簇呈无定形结构. 然后将吸附了Au团簇的碳纳米管与Au电极进行熔接,高温退火后,碳纳米管与Au电极表面之间形成了稳固的熔接,熔接最佳温度在800 K左右. 关键词： 碳纳米管 金电极 分子动力学模拟     

6H-SiC(0001)表面graphene逐层生长的分子动力学研究

利用经典分子动力学方法和模拟退火技术分析研究了6H-ＳiC（0001）表面graphene的逐层生长过程及其形貌结构特点．研究表明,经过高温蒸发表面硅原子后,6H-ＳiC（0001）表面的碳原子能够通过自组织过程生成稳定的局部单原子层graphene结构．这种过程类似于6H-ＳiC（0001）表面graphene的形成,其生长和结构形貌演化主要取决于退火温度和表面碳原子的覆盖程度． 研究发现,当退火温度高于1400K时,6H-ＳiC（0001）表面碳原子能形成局部的单原子层graphene结构．这一转变温 关键词： graphene 碳化硅 分子动力学     

外加电场作用下碳纳米管结构稳定性及结构修饰研究

利用外加电场的方法，对多壁碳纳米管的结构稳定性进行了研究.结果表明当场强达到30 V/nm时，碳纳米管端部的结构失稳，端部碳原子间的π键被打开，外部原子开始进入到碳纳米管的结构中.利用电子显微镜作为纳米加工仪器，通过外加电场的方法在多壁碳纳米管的端部制备了非晶态碳纳米线，形成碳纳米管-纳米线复合结构.碳纳米管和纳米线结合处的σ键作为绝缘界面，形成了电子输运的势垒.     

加氢单壁硅纳米管的热稳定性与拉伸力学特性

采用Tersoff势的分子动力学方法,研究外部加氢及内/外加氢单壁硅纳米管的热稳定性与拉伸力学特性,进而将两种单壁硅管与(14,14)碳纳米管的拉伸特性进行对比.研究结果表明:①外部加氢和内/外加氢单壁硅管的"骨架"结构近似于单晶硅的{110}晶面,两种硅管分别只能在低于150 K和75 K的温度下稳定存在;②外部加氢以及内/外加氢硅管硅的抗拉强度分别为4.0和1.2 GPa,断裂应变(抗拉强度对应的应变)分别为35%和32%,均远小于(14,14)碳管的抗拉强度和断裂应变.     

碳纳米管电缆式复合材料的热导率

通过非平衡分子动力学方法, 对单壁碳管填充金纳米线的碳纳米管电缆式复合材料开展热导率的模拟分析. 采用Tersoff势函数描述碳-碳原子间的相互作用, Lennard-Jones长程作用势描述碳-金原子间的相互作用, 嵌入原子势函数描述金-金原子间相互作用. 研究结果表明: 相同尺寸下, 金纳米线的电子热导率相较于空碳管以及电缆式复合材料的声子热导率小很多, 对复合材料总热导率的贡献可以忽略; 由于管内金纳米线的存在, 其与碳管的相互作用使得碳管碳原子倾向于沿着轴向振动, 声子间U散射随之减少, 声子平均自由程增加, 导致复合材料热导率明显大于空碳管, 在100–500 K温度范围内高出约20%–45%, 但增大幅度随温升呈降低趋势; 复合材料热导率随着管长增加而增大, 变化趋势和空碳管相似, 但其增长幅度更大; 复合材料和空碳管的热导率随管径增大而减小, 且变化幅度基本一致. 关键词： 碳纳米管 纳米线 电缆式复合材料 导热     

Unusual freezing and melting of gallium encapsulated in carbon nanotubes

The freezing and melting behavior of gallium (Ga) encapsulated in carbon nanotubes was investigated through in situ observation in a transmission electron microscope. It is shown that Ga remains liquid up to -80 degrees C when encapsulated in carbon nanotubes. Results of detailed electron diffraction analysis show that the encapsulated Ga can crystallize in either beta phase or gamma phase rather than the common alpha phase upon freezing. Both beta-Ga and gamma-Ga melt at around -20 degrees C. While this is very close to the melting point of bulk beta-Ga (-16 degrees C), it is considerably higher than that of bulk gamma-Ga (-35.6 degrees C). It was observed that upon solidification, Ga has its unique crystallographic orientation relative to the host carbon nanotube.     

The intrinsic lifetime of low-frequency zone-centre phonon modes in silicon nanowires and carbon nanotubes

Estimates of the intrinsic lifetime of low-frequency zone-centre phonon modes in silicon nanowires and carbon nanotubes have been presented from the application of Fermi’s golden rule formula based upon an elastic continuum model for cubic anharmonicity. In particular, results have been presented for the lowest non-zero mode in both nanostructures, and also the breathing mode in the nanotube. Except for the ultrathin nanowire, the lifetime increases with size and decreases with an increase in temperature. Typically, these modes have a lifetime of the order of nanoseconds, almost a thousand times larger than the lifetimes of optical phonon modes in the corresponding bulk materials. Also, at room temperature the lifetime of the lowest non-zero mode is nearly an order of magnitude larger in the (20,20) nanotube than in the nanowire of similar thickness (width 2.2 nm).     

Studies of chemical diffusion in La1-X SrXCoO3-δ

Recent investigations of superconductivity in carbon nanotubes have shown that a single-wall zig-zag nanotube can become superconducting at around 15?K. Theoretical studies of superconductivity in nanotubes using the traditional phonon exchange model, however, give a superconducting transition temperature T _c less than 1?K. To explain the observed higher critical temperature we explore the possibility of the plasmon exchange mechanism for superconductivity in nanotubes. We first calculate the effective interaction between electrons in a nanotube mediated by plasmon exchange and show that this interaction can become attractive. Using this attractive interaction in the modified Eliashberg theory for strong coupling superconductors, we then calculate the critical temperature T _c in a single-wall nanotube. Our theoretical results can explain the observed T _c in a single-wall nanotube. In particular, we find that T _c is sensitively dependent on the dielectric constant of the medium, the effective mass of the electrons and the radius of the nanotube. We then consider superconductivity in a bundle of single-wall nanotubes and find that bundling of nanotubes does not change the critical temperature significantly. Going beyond carbon nanotubes we show that in a metallic hollow nanowire T _c has some sort of oscillatory behaviour as a function of the surface number density of electrons.     

Structural ( n, m) determination of isolated single-wall carbon nanotubes by resonant Raman scattering

We show that the Raman scattering technique can give complete structural information for one-dimensional systems, such as carbon nanotubes. Resonant confocal micro-Raman spectroscopy of an (n,m) individual single-wall nanotube makes it possible to assign its chirality uniquely by measuring one radial breathing mode frequency omega(RBM) and using the theory of resonant transitions. A unique chirality assignment can be made for both metallic and semiconducting nanotubes of diameter d(t), using the parameters gamma(0) = 2.9 eV and omega(RBM) = 248/d(t). For example, the strong RBM intensity observed at 156 cm(-1) for 785 nm laser excitation is assigned to the (13,10) metallic chiral nanotube on a Si/SiO2 surface.