[C2MIM]+在碳纳米管中结构和性质的理论研究

采用密度泛函理论方法,系统研究了1-乙基-3-甲基咪唑离子 ( [C2MIM]+ ) 在三种不同管径的碳纳米管中的稳定结构、相互作用能和分子轨道性质. 研究表明,随着碳纳米管管径的增加,[C2MIM]+在碳纳米管内的稳定结构从居中的位置越发靠近碳纳米管的管壁,其与碳纳米管的结合能也从-45.52 kcal/mol降低到-39.45 kcal/mol. 通过分析[C2MIM]+在不同尺寸碳纳米管中的分子轨道排布,发现研究体系的HOMO轨道和LUMO轨道主要是局域在碳纳米管上,电子跃迁表现为π→π*,表明[C2MIM]+与碳纳米管之间为弱的范德华作用. 本研究为理解离子液体与碳纳米管之间的相互作用提供了重要的理论基础.     

紫外激光和压力共同作用下C60-peapod的聚合相变研究

采用气相扩散方法将C60分子填充到单壁碳纳米管(SWNTs)中,制备出高填充比率的豆荚形纳米材料C60@SWNT,又称为peapod.用金刚石对顶砧(DAC)装置获得高压,在高压下同时利用紫外激光处理样品,通过激光和压力的共同作用研究了C60分子在碳管内的聚合相变.在21.5 Gpa高压下,同时紫外激光(325 nm)照射30 min后,拉曼光谱表明C60分子在碳管内发生了聚合,形成一维链状O相聚合结构,且该相变是不可逆的.紫外激光的引入使样品发生O相聚合所需的压力值低于仅由压力诱导的聚合压力.     

单壁碳纳米管在石墨基底上运动的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究单壁碳纳米管在石墨基底上的运动.首先碳纳米管在基底弛豫至平衡状态，然后对其施加一固定外力，撤去外力后，碳纳米管在基底上逐渐减速至停止.为了研究管径、手性角对运动方式的影响，本文选择了C(10,10)，C(10,9)，C(10,8)，C(10,5)，C(10,0)，C(8,8)六种单壁碳纳米管进行模拟.结果表明，碳纳米管在石墨基底上的运动方式由手性角决定，与管径无关.手性角等于30°时，碳纳米管与石墨基底之间为公度结构，碳纳米管的运动出现周期性的滑动和翻滚现象；手性角大于28.3°小于30°时，碳纳米管一边向前滑动一边滚动；手性角小于26.3°时，碳纳米管在基底上滑动.碳纳米管的手性角决定了它与石墨基底接触界面的微观构型，从而决定了碳纳米管的运动方式. 关键词： 分子动力学模拟 碳纳米管 动能 结构公度性     

乙炔/空气预混火焰法合成多壁碳纳米管的实验研究

本文利用乙炔-空气预混火焰研究了多壁碳纳米管(MWCNTs)的合成,采用涂覆有二茂铁或硝酸镍催化剂的探针在预混火焰中采样,用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对碳纳米材料(CNTs)的形貌和结构进行了表征.结果表明在乙炔-空气预混火焰中,二茂铁和硝酸镍均能够成功合成竹节状多壁碳纳米管,严物中处发现了碳纤维(CNF)、巴基葱(bucky onion)和碳黑等物质.二茂铁催化生成的碳纳米管管径大于硝酸镍催化生成的碳纳米管的管径;在乙炔-空 气散火焰和甲烷-空气扩散火焰中硝酸镍所催化合成的碳纳米管管径相近,说明碳纳米管的管径受催化剂颗粒尺寸的影响较大.研究表明探针在火焰中停留的时间和保护气体也会影响碳纳米管的合成.     

曲率效应对超小碳纳米管电子性质的影响

在考虑曲率效应的情况下,在螺旋坐标系下解析地推导了非手性的碳纳米管(SWNTs)(包括扶手椅型和锯齿型)的能量色散关系,并分析了曲率效应对超小扶手椅型SWNTs的能带、能隙和导电能力及其对超小锯齿型SWNTs(包括扶手椅型和锯齿型)的能隙的影响.     

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。     

以Y/Ni为催化剂制备的单壁碳纳米管的拉曼光谱研究

采用电弧放电法以Y/Ni为催化制备了单壁碳纳米管（SWNTs），对样品进行了扫描电镜、透射电镜和拉曼光谱的研究。所制备的样品中单壁碳纳米管的含量较高。对单壁碳纳米管的共振拉曼散射增强效应进行了观察，随激光波长的不同，单壁碳纳米管的拉曼光谱也随之变化，尤其是低频区径向呼吸模的变化比较明显。利用布里渊区折叠法计算了单壁碳纳米管的电子态密度曲线，根据SWNTs电子态密度尖峰之间的能量差、管子的直径和呼吸模频率建立了一个图表，并对SWNTs的呼吸模进行了归属。分析结果表明：样品中单壁碳纳米管的直径分布在0.79-1.76nm范围，金属管和半导体管均存在，并且直径在1.45nm附近的碳管居多。     

聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔/单壁碳纳米管复合材料的光致发光特性

采用原位聚合法在无水四氢呋喃(THF)溶液中制备了聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔(MOPPV)/单壁碳纳米管(SWNTs)复合材料。通过对该复合材料的红外光谱、X射线衍射、透射电镜、扫描电镜等的研究,证实SWNTs已聚合到MOPPV上且被MOPPV紧密有效地包覆,形成了纳米线网状结构。通过紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱和光致发光(PL)谱发现:随着SWNTs掺杂量的增加,该复合材料的吸收强度逐渐增强且最大吸收峰出现红移,其发光强度呈现先升高后降低的趋势,发光峰蓝移。当SWNTs掺杂质量分数为3.85%时,复合材料的发光强度最大,此时最大发光峰位较纯MOPPV蓝移8 nm。研究结果表明:在MOPPV中掺入一定量的SWNTs,能有效地增强复合材料的光致发光强度。     

电场调控的碳纳米管非线性光学开关及其管径效应

本文借助密度泛函理论方法获得了五个不同管径碳纳米管在外电场作用下的最优几何结构和相应的性质,研究了外电场对碳纳米管的结构和性质的调控作用.结果表明外电场导致了碳纳米管内部的电荷转移,引起了碳纳米管第一超极化率(β₀)的急剧增大.例如CNT(6, 3),当电场从0增大到工作电场F_w=80×10^-4 au时,碳纳米管的β₀值从0 au可增大到最大83695 au,导致了极大的β₀对比,因此碳纳米管成为新型的非线性光学(NLO)开关.新型NLO开关的管径效应表明,较大管径的碳纳米管具有更优的NLO开关性质.除此之外,电子吸收光谱表明这些碳纳米管具有小于300 nm和大于2500 nm的光学工作区,因此碳纳米管可成为一类新的灵敏、快速、可逆的紫外兼红外的NLO开关.     

结构和变形对单壁碳纳米管力学性能的影响

使用分子动力学方法模拟了单壁碳纳米管的拉伸变形行为和泊松比,并从单壁碳纳米管晶胞单元的结构特征角度,系统分析了管径、螺旋性和应变对力学性能的影响．模拟结果显示,单臂性碳纳米管(8,8)-(22,22)和锯齿性碳纳米管(9,0)-(29,0)的拉伸弹性变形可以分别达到35％-38％和20％-27％,拉伸条件下这些碳纳米管的弹性模量随管径的增大从960 GPa下降到750 GPa,并且锯齿性碳纳米管的弹性模量比单臂性碳纳米管的弹性模量要高．通过对三根具有相同直径和不同螺旋性的碳纳米管(9,9),(12,6)和(16,0)分别在拉伸和压缩条件下的模拟发现,随着变形的增大,碳纳米管的泊松比将减小;在相同的拉伸应变下,碳纳米管的泊松比随其螺旋角的减小而减小,而在相同的压缩应变下,碳纳米管的泊松比随其螺旋角的减小而增大．     

具有优异储氢性能的高质量单壁纳米碳管的合成

高纯度单壁纳米碳管的合成是应用研究和实际应用的基础和关键,提出了一种氢等离子电弧方法,在适当的生长促进剂的作用下,能大量制备出高纯度的单壁纳米碳管。选用宏观数量的单壁纳米碳管,进行适当预处理,在室温及约１００ａｔｍ下进行储氢实验,发现该材料的储氢容量可达（４．２－４．７）ｗｔ％,经过５次循环实验,其储氢容量先略有下降,随后便稳定不变,这些初步实验结果表明,单壁纳米碳管是一种很有前途的储氢材料。     

Curvature-induced condensation of lithium confined inside single-walled carbon nanotubes: First-principles calculations

We carry out first-principles calculations to explore the potential energy profiles of Li confined inside single-walled carbon nanotubes (SWNTs) and the subsequent condensation processes. We found that Li has high mobility around tube axis with the energy barrier less than 47 meV, whereas the diffusion barrier along radial direction is as higher as 380 meV. This characterizes the condensation of Li atoms when placed randomly into SWNTs, resulting in nanowires with single or multi-shelled morphologies depending on the diameter of SWNTs. The charge transfer from Li nanowires to SWNTs is significant, indicating stronger couplings between them.     

强场物理新进展--强激光在等离子体中加速电子的新机制

相对论强激光与等离子体相互作用中高能电子的产生机制是近年来一直被广泛重视的课题，文章扼要介绍了其中主要的几种加速机制，并特别介绍了作者最近提出的电子在对撞激光场中的随机加速机制。     

K_3Ba_3C_(60)在不同温度下的Raman光谱研究

研究了K3Ba3C60 在不同温度下的Raman光谱 .发现Raman光谱随温度的变化发生有规律的变化 .随着温度的降低 ,所有模的线宽和强度的变化情况与纯的C60 的情况明显不同 .径向Ag(2 )模的频率在 2 0K到室温之间有一个反常大的向高频漂移 (9cm-1) ,这表明在C60 分子和掺杂离子之间存在着轨道杂化 .另外Raman光谱中Ag(1)模两个分量的相对强度随着温度的降低发生有规律的变化 .     

Interaction of C60 with carbon nanotubes and graphite

The interaction of C60 with single-wall carbon nanotubes (SWNTs) and graphite is studied experimentally by thermal desorption spectroscopy and theoretically by molecular-mechanics and molecular-dynamics calculations. The van der Waals parameters and force field for C60-graphene and C60-SWNT interactions are derived from the low-coverage C60 binding energy to the graphite surface. We use these to compare the efficiency of different mechanisms by which C60 can be encapsulated into SWNTs.     

有机材料的双光子吸收物理特性及其应用

近年来，具有大双光子吸收截面的有机材料的物理性质及其应用的研究成为令人关注的重要研究课题。文章综述了有机材料的双光子吸收过程，物理特性以及其实验测试和研究方法，评述了有机材料的双光子吸收效应的应用，包括上转换散射，光学限幅，双光子荧光显微成像、三维光信息存储和光学微加工等。     

混合笔束模型在电子剂量算法中的应用

将双群模型计算的宽束电子的能量沉积与FermiEyges理论的侧向解相结合来构造电子笔束模型,即混合笔束模型.由于混合笔束模型的计算精度和效率较好,并且适用范围较大,因此,混合笔束模型展示了在放射治疗临床应用上的可能性.在混合笔束模型的基础上,改进了混合笔束模型对电子侧向分布的参数计算.计算结果表明,改进的混合笔束模型的精度符合临床应用的要求,同时,其计算速度非常快.因而显示出较好的临床应用价值 关键词： 笔束模型 双群模型 混合笔束模型     

应用PDA-5500直读光谱仪测试冷轧硅钢中的碳

通过对ＰＤＡ－５５００光谱仪软件的开发应用及其分析方法的试验,改变了过去只能由红外碳硫仪分析超低碳的历史,为提高冶炼冷轧钢的分析速度及质量创造了有利条件。     

Diameter-dependent relaxation dynamics of 1D excitons in single-walled carbon nanotubes

We have studied 1D exciton relaxation dynamics in semiconducting single-walled carbon nanotubes (SWNTs) by femtosecond pump–probe experiments. The time evolution of change in transmittance ΔT/T induced by photo-excitation varies depending on the tube diameter. The decay time decreases with a decrease in the tube diameter. Pressure measurements have been conducted to explore the relaxation mechanism. The deformation potential estimated from the pressure dependence of photoluminescence spectra increases with decreasing tube diameter. This means that the exciton–phonon interaction becomes stronger in the smaller diameter tubes. The diameter dependences of decay time and deformation potential suggest that the exciton–phonon interaction plays an important role in exciton nonradiative relaxation process in semiconducting SWNTs.     

Length Dependence of Thermal Conductivity of Single-Walled Carbon Nanotubes

Dependence of the thermal conductivity on the length of two armchair single-walled carbon nanotubes （SWNTs） is studied by the nonequilibrium molecular dynamics （MD） method with Brenner Ⅱ potential. The thermal conductivities are calculated for （5, 5） and （7, 7） SWNTs with lengths ranging from 22 to 155nm. The results show that the thermal conductivity of SWNTs is sensitive to the length and it does not converge to a finite value when the tube length increases up to 155nm, however it obeys a power law relation.