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.     

碳纳米管内Ni纳米线的螺旋度与热稳定性研究

本文采用分子动力学模拟方法研究了扶手型碳纳米管包裹Ni纳米线的复合结构, 主要讨论内部Ni纳米线的螺旋度和热稳定性.结果表明, Ni纳米线为多壳层螺旋结构, 各壳层是由多条Ni原子链螺旋而成,不同层的螺旋度不同,内层的螺旋度明显大于外层. 当每层的Ni原子链条数为3的整数倍时,其螺旋度最大. Ni纳米线的螺旋度与碳纳米管的管径相关,各层螺旋度的大小随管径的增加有明显的周期性变化. 碳纳米管对Ni纳米线有很好的保护作用,即使是高温对Ni纳米线的结构及螺旋度也影响很小.     

碳纳米管-硅纳米线复合结构的形成和热稳定性

通过分子动力学方法模拟了在碳纳米管内填充一定数目的半导体元素硅形成碳纳米管-硅纳米线复合结构的过程,并采用Lindemann指数研究了这种复合结构的热稳定性．计算结果表明,当考虑碳纳米管和硅纳米线轴向方向的周期性边界条件之后,在C（13,0）和C （14,0）碳纳米管内能够形成亚稳结构的硅纳米线Si₁₆NW和Si₂₀NW,从而获得一种碳纳米管-硅纳米线的新型复合结构．通过计算这种复合结构的Lindemann指数,可以看到由于碳纳米管的保护作用,碳纳米管包裹的硅纳 关键词： 复合结构 纳米线 碳纳米管 分子动力学     

模拟研究碳纳米管的热稳定性质

运用分子动力学方法具体模拟研究单个碳纳米管（CNTs）在加热过程中的结构变化．选择多组不同结构的单壁碳纳米管（SWCNTs）和双壁碳纳米管（DWCNTs）作为研究对象,加热温度从室温开始到4000 K,压强保持为1 atm．结果表明单壁碳管中手性型结构热稳定性最好,其次是扶手椅型和锯齿型,当手性角相同时,直径大的热稳定性更高;对于双壁碳管,研究表明当双壁中至少之一为手性结构时其热稳定好,而内外壁均为锯齿结构的稳定性最差,该结果进一步支持了有关单壁碳管的结论;还从理论上探索了描述结构热稳定性的方式,并在键层 关键词： 单壁碳纳米管 双壁碳纳米管 分子动力学方法 热稳定性能     

碳纳米管封装Si20团簇的热稳定性研究

用分子动力学方法模拟一种特殊结构Si20 (表面异构的硅十二面体结构)填充到不同管径的扶手椅型碳纳米管中组成复合结构的热稳定性。通过能量分析和定量统计缺陷多边形数量等方法来研究这种结构在碳纳米管中的稳定性和结构演变情况。研究发现Si20的热稳定性和碳纳米管的直径关系密切;其在CNT(15, 15)中的热稳定性最好,当管径逐渐增加时,其热稳定性呈下降趋势;直至管径增加到CNT(21, 21),碳纳米管对Si20的空间限制作用变得很小,以至于不足以维持Si20的稳定。此外,Si原子因热振动替换碳纳米管中C原子而形成十二边形缺陷,这对碳纳米管的热稳定性有着明显的降低作用。     

碳纳米管表面金纳米颗粒的形成与结构转变

利用分子动力学模拟研究了室温下金纳米颗粒在碳纳米管表面的结构和作用能.研究结果表明，金纳米颗粒随着尺寸的增大会发生不同于孤立状态下的结构转变.当原子数小于130时，颗粒属于无序结构；当原子数大于140时，呈现面心立方晶体结构.小金纳米颗粒和碳纳米管结合紧密，相互作用能正比于面对碳纳米管的颗粒表面面积.     

碳纳米管表面金纳米颗粒的形成与结构转变

利用分子动力学模拟研究了室温下金纳米颗粒在碳纳米管表面的结构和作用能.研究结果表明,金纳米颗粒随着尺寸的增大会发生不同于孤立状态下的结构转变.当原子数小于130时,颗粒属于无序结构;当原子数大于140时,呈现面心立方晶体结构.小金纳米颗粒和碳纳米管结合紧密,相互作用能正比于面对碳纳米管的颗粒表面面积. 关键词： 金纳米颗粒 碳纳米管 分子动力学模拟     

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     

[110]Au纳米线在加温过程中结构与热稳定性的原子级模拟研究

采用分子动力学方法结合量子修正Sutton-Chen型多体力场,对[110]Au纳米线在升温过程中的结构与热稳定性进行了研究,并引入Lindemann指数和最小半径来研究它的熔化机理和形状演化.结果表明:纳米线在预熔之前,局部区域发生了由fcc到hcp的结构转变.纳米线的预熔首先出现表面上,然后向内部传播,最后才完全熔化为液态结构.纳米线在完全熔化后才开始出现径缩,并最终断裂成为球形纳米团簇.     

Structure, stability, and motion of dislocations in double-wall carbon nanotubes

In this paper,a novel double-wall carbon nanotube(DWCNT) with both edge and screw dislocations is studied by using the molecular dynamics(MD) method.The differences between two adjacent tubule indexes of armchair and zigzag nanotubes are determined to be 5 and 9,respectively,by taking into account the symmetry,integrality,and thermal stability of the composite structures.It is found that melting first occurs near the dislocations,and the melting temperatures of the dislocated armchair and zigzag DWCNTs are around 2600 K-2700 K.At the premelting temperatures,the shrink of the dislocation loop,which is comprised of edge and screw dislocations,implies that the composite dislocation in DWCNTs has self-healing ability.The dislocated DWCNTs first fracture at the edge dislocations,which induces the entire break in axial tensile test.The dislocated DWCNTs have a smaller fracture strength compared to the perfect DWCNTs.Our results not only match with the dislocation glide of carbon nanotubes(CNTs) in experiments,but also can free from the electron beam radiation under experimental conditions observed by the high resolution transmission electron microscope(HRTEM),which is deemed to cause the motion of dislocation loop.     

碳纳米管热传导的分子动力学模拟研究

采用改进的经验键序作用势描述碳原子间的相互作用,应用分子动力学方法和Green-Kubo函数计算了碳纳米管的热导率.在模拟中,使用了重叠计算的方法来计算热流相关函数,大大减少了模拟步数.计算结果表明,碳纳米管的热导率以原子间作用力相互做功所引起的热流形式为主;热导率的值随着直径的增加而减小;在室温下,热导率的值随着温度的增加而增加,达到室温后逐渐收敛于定值.计算的单壁碳纳米管热导率在1000W/mK至4000W/mK之间,计算结果与实验结果基本符合. 关键词： 分子动力学 碳纳米管 热导率     

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.     

The structure and dynamics of water inside armchair carbon nanotube

In this paper we present some simulation results about the behaviour of water molecules inside a single wall carbon nanotube (SWNT). We find that the confinement of water in an SWNT can induce a wave-like pattern distribution along the channel axis, similar phenomena are also observed in biological water channels. Carbon nanotubes(CNTs) can serve as simple nonpolar water channels. Molecular transport through narrow CNTs is highly collective because of tight hydrogen bonds in the protective environment of the pore. The hydrogen bond net is important for proton and other signal transports. The average dipoles of water molecules inside CNTs (7,7), (8,8) and (9,9) are discussed in detail. Simulation results indicate that the states of dipole are affected by the diameter of SWNT. The number of hydrogen bonds, the water--water interaction and water--CNT interaction are also studied in this paper.     

Molecular dynamics studies on the thermal conductivity of single-walled carbon nanotubes

We have studied the thermal conductivity of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) using the NEMD method. The results indicate that the thermal conductivity values are not profoundly influenced by the specific simulation-technique used in the MD simulations. Some possible reasons, which could be responsible for the discrepancy on thermal conductivity values of SWCNTs in the literatures, are discussed.      

Si表面间水平碳纳米管束的分子动力学模拟研究

本文采用分子动力学模拟方法研究了Si表面间单壁水平碳纳米管束SWCNT (10,10)的变形和摩擦特性.系统在弛豫平衡后,首先对碳纳米管束施加压力至碳纳米管或Si表面结构破坏.之后在无压力和高压力两种情况下使上表面沿水平方向做剪切运动以研究碳纳米管束的摩擦特性.结果表明,由于碳纳米管的柔韧性,碳纳米管束在加载过程中出现明显变形,但直至3.8 GPa高压下并无结构破坏.系统无压力时SWCNT (10,10)在原地轻微随机滚动,压力为3.8 GPa时,碳纳米管束出现了整体的轻微滑动,同时伴随无规律的轻微滚动, 关键词： 碳纳米管束 摩擦 分子动力学模拟     

Influence of chirality on the thermal conductivity of single-walled carbon nanotubes

The influence of chirality on the thermal conductivity of single-walled carbon nanotubes(SWNTs) is discussed in this paper, using a non-equilibrium molecular dynamics(NEMD) method. The tube lengths of the SWNTs studied here are 20, 50, and 100 nm, respectively, and at each length the relationship between chiral angle and thermal conductivity of a SWNT is revealed. We find that if the tube length is relatively short, the influence of chirality on the thermal conductivity of a SWNT is more obvious and that a SWNT with a larger chiral angle has a greater thermal conductivity. Moreover, the thermal conductivity of a zigzag SWNT is smaller than that of an armchair one. As the tube length becomes longer, the thermal conductivity increases while the influence of chirality on the thermal conductivity decreases.