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.     

钯金属吸附对半导体性碳纳米管电输运的影响

利用物理蒸发技术,在半导体性的碳纳米管上沉积钯金属,利用导电原子力显微镜检测钯吸附对碳纳米管电输运的影响.结果表明:沉积的钯在碳纳米管上形成纳米颗粒,随着钯颗粒密度的增加,半导体性碳纳米管逐渐向金属性转变.利用第一性原理计算了吸附有钯原子的半导体性单壁碳纳米管的能带结构.研究发现,钯的覆盖率越高,其禁带宽度越窄,直至为零,定性说明了实验结果的合理性. 关键词： 单壁碳纳米管 钯纳米颗粒 导电原子力显微镜 第一性原理计算     

采用铁基催化剂在V型热解火焰中合成碳纳米管的实验研究

催化剂的选取对于V型热解火焰合成碳纳米管具有重要的影响.实验中分别采用五羰基铁、二茂铁、纳米铁粉等作为催化剂,取样时间为10 min,温度约为1150 K,催化剂的引入方式为喷雾热解方法,利用扫描电镜和透射电镜对合成的碳纳米管进行形态和结构表征分析.实验结果表明:利用V型热解火焰合成碳纳米管时的关键物质是纳米氧化铁颗粒...     

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.     

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     

一维有序单链水红外吸收光谱的分子动力学模拟

水在纳米通道中会表现出与体相水不一样的独特结构和动力学性质,但现有实验技术依然无法有效地进行探测和表征.光谱是用于研究和鉴别物质成分及其特性的有效技术手段,因此本文利用分子动力学模拟计算了受限在(6, 6)单壁碳纳米管中一维有序单链状水(single-file water, SW)的红外吸收光谱,研究发现SW在0—35 THz区域内的主峰相对于体相水有明显的蓝移和增强,分析表明是由于SW的有序性导致分子间的摆转(libration)振动(包括rock, twist, wag三种模式)耦合权重发生变化引起的,即频率较高的twist和wag模式在SW中相对体相水中束缚能减小,振动相对容易发生,从而导致谱峰发生蓝移和增强.与此同时,研究表明SW光谱分量特性能很好地预测和解释SW的结构和动力学性质.进一步地,太赫兹电场效应模拟实验验证了SW的红外吸收能力基本符合光谱的分布特性.     

窄振动颗粒床中的运动模式

实验研究了竖直振动情况下,窄容器中颗粒的运动模式.发现运动模式与颗粒床厚度及振动加速度有很强的依赖关系.实验表明横向尺寸较小的容器可以抑制对流卷及拱起现象.对于足够厚的颗粒床,即使振动加速度很大,颗粒床下部仍然存在着颗粒聚集态.出现聚集态时,颗粒床对容器底的冲击力是倍周期分岔的.实验表明倍周期分岔点与颗粒床厚度无关.对于较薄的颗粒床,颗粒可以是聚集态或对流卷,视颗粒尺寸而定.如果使用尺寸分布非常窄的球形颗粒,可以观察到颗粒的有序排列.出现同心的圆筒形“壳”结构,每个“壳”上的颗粒是二维六角密排列的. 关键词： 颗粒物质 倍周期分岔 颗粒聚集态 球堆积     

银纳米颗粒及阵列光传输性质的理论研究

纳米颗粒及其阵列结构的光学性能与颗粒本身的表面等离子体共振及周期结构参数密切相关.本文根据Mie散射理论和多极子振荡理论,研究了光在银球型纳米颗粒及阵列中的传输性质.对于单个纳米颗粒,当颗粒半径小于50 nm时,消光峰由电偶极子共振产生;当半径大于50 nm时,除电偶极子振荡产生的消光峰外,在短波处将出现由电四极子共振产生的消光峰,且两种极子的共振频率随颗粒半径的增加而减小.由电偶极子共振产生的消光峰位置的理论计算结果与实验结果相符合.对于由球形颗粒组成的无限大二维周期阵列,消光峰主要由单个颗粒产生的消光峰和Wood-Rayleigh反常衍射造成的消光峰组成.通过控制纳米颗粒的尺寸、形状以及阵列的周期、排列方式,可以调节两种极子的共振峰位.本文的结果将对设计具有特定光学性能的纳米结构产生重要的实际意义.     

不同晶粒尺寸SnO2纳米粒子的拉曼光谱研究

对晶粒尺寸在4-80 nm范围的纯SnO2纳米颗粒进行了拉曼散射研究.除了SnO2 本征拉曼振动峰外,还有几个新的拉曼振动峰和波长在700 nm左右的一个发光很强而且峰宽很大的荧光峰被观察到.结果所示,当纳米颗粒尺寸减小时,纳米SnO2 颗粒的体相特征拉曼峰变弱,而由缺陷,表面和颗粒尺寸引起的相关效应呈强势.晶粒尺寸在20 nm左右是引起体相拉曼光谱变化的临界尺寸. 晶粒尺寸在20 nm以下,其体相拉曼峰的发生宽化和峰位移动, 以及分别出现在位于571 cm-1 的表面振动峰,位于351 cm-1 处的界面峰和与表面吸附水分子及氢氧基团的N系列拉曼峰是纳米SnO颗粒的主要特征.这些结果反映了纳米颗粒的微结构变化与颗粒尺寸和表面效应以及它们之间相互作用的信息.     

单壁碳纳米管受限空间内水的分布

碳纳米管管腔作为分子物质的纳米通道,其储存或输送水的能力具有重要研究价值.为了研究碳纳米管管腔受限空间对水分子团簇结构和分布的影响,本文采用分子动力学方法探究了管径、手性和温度对单壁碳纳米管管腔内水的结构和分布的影响.结果表明:在常温下,管径尺寸范围为1.018—1.253 nm的单壁碳纳米管管内易形成有序的多元环水结构,此范围以外碳纳米管管内难以形成水的有序结构;且随着管径尺寸增大,多元环水呈现由三元环至六元环的结构变化;范德瓦耳斯势分布分析表明,在上述管径范围内,水分子趋向于贴近碳纳米管管壁分布而形成水的有序结构.对比管径尺寸差别较小的碳纳米管,其手性对多元环水结构影响不大.多元环水结构的稳定性表现出温度依赖性,管径较大的碳纳米管内的多元环水的有序结构更易随温度升高而消失.     

低维限域结构中水与物质的输运

低维限域结构中水与物质的输运研究,对于解决界面化学和流体力学中的遗留问题十分关键.近年来,研究人员采用分子动力学模拟和实验手段研究低维限域结构中水与物质的输运,并将其应用于物质输运、纳米限域化学反应、纳米材料制备等领域.本文从理论和实验的角度总结一维和二维纳米通道的水与物质输运,介绍了本研究组提出的"量子限域超流体"概念,并用于解释纳米通道中超快物质的输运现象;在此基础上概述了一维纳米通道中的分子动力学模拟和水浸润性,以及外部环境(如温度和电压)对限域结构中水浸润性的调控,同时阐述了低维限域结构中的液体输运;对二维纳米通道中的分子动力学模拟、液体浸润性以及液体输运进行了综述;讨论了纳米通道限域结构在物质输运、纳米限域化学反应和纳米材料制备等领域的应用;对低维限域结构中水与物质输运面临的挑战和前景进行了展望.     

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     

三维漏斗中颗粒物质堵塞问题的数值实验研究

对于工程和实验中使用漏斗颗粒流而言,连续稳定的流量是必要的.当漏斗口较小时,很容易发生堵塞行为.堵塞现象对于交通流、疏散问题等也具有重要的意义.前人主要使用扰动的方法破坏漏斗中已有的堵塞,以便引起下一次堵塞,加快实验进程.本文利用自主开发的基于GPU(graphics processing unit)的密集颗粒流模拟程序,主要研究当三维漏斗开口打开后的第一次堵塞行为,不再引入扰动.详细讨论了漏斗开口尺寸、漏斗锥角等几何参数对坍塌规模的影响.发现对于坍塌规模的概率分布符合前人的研究结果,可以分为两部分:峰的左边呈幂函数上升形式,峰的右边呈指数衰减趋势.对于漏斗开口尺寸和漏斗锥角而言,均存在一个临界值使得堵塞不再发生.     

不同晶粒尺寸SnO2纳米粒子的拉曼光谱研究

对晶粒尺寸在4—80nm范围的纯SnO₂纳米颗粒进行了拉曼散射研究.除了SnO₂本征拉曼振动峰外，还有几个新的拉曼振动峰和波长在700nm左右的一个发光很强而且峰宽很大的荧光峰被观察到.结果所示，当纳米颗粒尺寸减小时，纳米SnO₂颗粒的体相 特征拉曼峰变弱，而由缺陷，表面和颗粒尺寸引起的相关效应呈强势.晶粒尺寸在20nm左右是引起体相拉曼光谱变化的临界尺寸.晶粒尺寸在20nm以下，其体相拉曼峰的发生宽化和峰位移动，以及分别出现在位于571cm^-1 的表面振动峰，位于351cm-1 处的界面峰和与表面吸附水分子及氢氧基团的N系列拉曼峰是纳米SnO颗粒的主要特征.这些结果反映了纳米颗粒的微结构变化与颗粒尺寸和表面效应以及它们之间相互作用的信息. 关键词： ２')" href="#">纳米SnO_２ 拉曼光谱 荧光光谱 水分子的吸附     

反常色散锥形微结构光纤中高效率脉冲压缩研究

设计了一种沿光纤轴向线性变化的锥形微结构光纤,该光纤在1.55 μm波长处具有反常色散.利用自适应分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程,对中心波长为1.55 μm、初始脉宽为1 ps的脉冲在锥形微结构光纤中的传输进行了模拟,利用1 m长的锥形微结构光纤实现了光脉冲的高效压缩,获得了压缩因子为56.9、品质因子为27的脉冲压缩效果.从脉冲在光纤中的演化发现,在反常色散区基于非线性渐增、色散渐减的锥形微结构光纤有利于实现脉冲的高效率压缩.与普通非线性光子晶体光纤相比,锥形微结构光纤粗端具有较大的有效模式面积,这     

纳米颗粒在复杂生物介质中的反常扩散

由于生物微环境中存在各向异性等复杂物理因素影响,纳米颗粒在其中的扩散运动表现出反常的特征.反常扩散与生物微环境的功能实现有重要的关联,同时也是流体力学在微纳尺度方向的重要扩展.该综述系统介绍了近年来反常扩散研究的进展,从物理模型、数值模拟、测量方法及实验现象等方面揭示了纳米颗粒在复杂生物介质中的反常扩散机理及特征.该问题在微纳尺度流体力学、生物物理等领域是研究的热点,在理论上和实验时仍有重大挑战,有待进一步深入研究.      

纳米颗粒吸附岩心表面的强疏水特征

通过将疏水的纳米颗粒吸附在岩心微通道壁面,可以形成具有类荷叶表面的双重微结构表面,从而在注水开发的过程中在岩心微通道壁面产生水流滑移,达到降低注水压力、增加注水量的目的.研究纳米颗粒吸附岩心切片表面的强疏水特征对纳米颗粒吸附法减阻技术具有重要的意义.本文简要叙述了荷叶、蚊子腿以及水黾腿的超疏水特征;介绍了制备具有亚微米、纳米双重微结构的强疏水表面的纳米颗粒吸附法;给出了规则排列时纳米颗粒吸附岩心切片表面的强疏水特征的物理机制,根据真实的纳米颗粒吸附岩心切片,给出了接触角的范围,计算结果与实验数据一致.岩心流动实验结果表明,经纳米颗粒分散液处理后,岩心的平均水相渗透率提高94%.     

酞菁裂解法多壁碳纳米管的制备、表征和应用

为了探究高温处理酞菁钴对O2 的催化还原作用 ,以酞菁钴作为催化剂的前体 ,通过化学气相沉积的方法 ,在 85 0℃下 ,氩气与氢气混合气流中 ,制备了双层定向碳纳米管 ,纳米管的直径分布在 6 0～ 12 0nm ,长度约为4 0 μm ,在纳米碳管中包裹有直径为 10nm的钴颗粒 .所得产品用透射电子显微镜和扫描电子显微镜进行了观察 ,并用拉曼谱和X射线衍射对样品进行了表征 .通过循环伏安法测量得到纳米碳管对金属颗粒在酸性溶液中的腐蚀具有一定抵抗作用 .认为少量的N对于竹节状碳纳米管的形成和金属对酸的抵抗作用是十分必要的 ,每节中碳壁的弯曲弧度则与N在碳纳米管中含量和N与金属的相互作用有关 .另外 ,碳纳米管较大的电化学活性区域在电化学方面具有潜在的应用价值 .     

碳纳米流体相变特性实验研究

通过"两步法"制备分散均匀、稳定的单壁碳纳米管/水、多壁碳纳米管/水碳纳米流体,通过差示扫描量热法(DSC)测试分析了碳纳米流体的凝固、熔化相变过程,实验结果表明在凝固相变过程中随着碳纳米管质量分数的增加,碳纳米流体的起始凝固温度及凝固温度逐渐升高,单壁碳纳米流体的凝固温度显著提高,在熔化相变过程中,碳纳米流体的质量分数对于纳米流体的熔点无明显影响,但对于碳纳米流体的潜热影响较大,碳纳米流体的潜热随着质量分数的增加而明显减小。