碳纳米管封装Si纳米团簇融化的结构演变

采用分子动力学方法模拟一种具有特殊结构(表面异构的硅十二面体结构,以下用Si-20表示)的硅纳米团簇填充到单臂扶手型单壁纳米管(SWCNT)组成的复合结构的加热过程,通过可视化,键角分布,二面角分布等分析方法来研究这种结构在SWCNT中的稳定性和结构演变情况.研究发现这种结构在SWCNT中是非常稳定的,并且随着温度的升高,硅纳米团簇的四面体结构开始减少,近邻原子数目有所增加,但不超过8个.该复合结构是由二十个四面体组成的正十二面体,通过模拟分析可知这种结构具有相当高的稳定性,一部分原因是正四面体的单臂纳米管比较稳定,对十二面体结构的硅起了一定的保护作用;另一部分原因是Si-20是正十二面体,本身具有较高稳定度.这一点我们通过可视化软件发现这种团簇是缩成一团而并不是从中间裂开观察得到.     

碳纳米管封装Si纳米团簇融化的结构演变

采用分子动力学方法模拟一种具有特殊结构(表面异构的硅十二面体结构，以下用Si-20表示)的硅纳米团簇填充到单臂扶手型单壁纳米管(SWCNT)组成的复合结构的加热过程，通过可视化，键角分布，二面角分布等分析方法来研究这种结构在SWCNT中的稳定性和结构演变情况.研究发现这种结构在SWCNT中是非常稳定的，并且随着温度的升高，硅纳米团簇的四面体结构开始减少，近邻原子数目有所增加，但不超过8个.该复合结构是由二十个四面体组成的正十二面体，通过模拟分析可知这种结构具有相当高的稳定性，一部分原因是正四面体的单臂纳米管比较稳定，对十二面体结构的硅起了一定的保护作用;另一部分原因是Si-20是正十二面体，本身具有较高稳定度.这一点我们通过可视化软件发现这种团簇是缩成一团而并不是从中间裂开观察得到.     

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。     

双金属掺杂M2@Si20(M=Ti, Zr, Hf)团簇结构和性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)和相对论有效原子核势近似(RECP),对M2@Si20(M=Ti,Zr,Hf)团簇的几何结构和电子结构性质进行研究,发现内嵌的金属二聚体和十二面体硅笼构成了稳定的富勒烯结构。通过对团簇电子结构的分析,结果表明Si20团簇掺杂双金属后稳定性得到了提高。对团簇的电荷布局分析表明过渡金属原子(Ti, Zr, Hf)和硅笼之间发生了电荷反转。     

液态Ni原子团簇演变的计算机模拟

采用常温常压分子动力学模拟技术,模拟了液态Ni中原子团簇在快速凝固条件下的演变过程,模型采用TB作用势.采用偶分布函数、键对和多面体等结构参数来描述快速凝固条件下团簇种类和数量的变化,并将团簇结构可视化.在2 000 K下,液态Ni中团簇数量较少,由一定数量的1551、1441及1661键对所形成的缺陷二十面体构成;在快速冷却条件下,团簇的数量随温度的降低不断增加,且出现由12个1551键型所形成的完整二十面体团簇,体系最终形成了由二十面体和缺陷二十面体团簇网络所组成的非晶结构.     

液态Ni原子团族演变的计算机模拟

采用常温常压分子动力学模拟技术，模拟了液态Ni中原子团簇在快速凝固条件下的演变过程，模型采用TB作用势。采用偶分布函数，键对和多面体等结构参数来描述快速凝固条件下团簇种类和数量的变化，并将团6簇结构可视化。在2000K下，液态Ni中团簇数量较少，由一定数量的551、1441及1661键对所形成的缺陷二十面体构成，在快速冷却条件下，团簇的数量随温度的降低不同断增加，且出现由12个1551键型所形成的完整二十面体团簇，体系最终形成了由二十面体和缺陷二十面体团簇网络所组成的非晶结构。     

自适应免疫优化算法研究大尺寸Cu-Au合金团簇稳定结构

合金团簇所具备的催化和光学等方面特性与团簇的尺寸、元素组成和元素序列密切关联,因而确定其稳定结构是研究纳米团簇合金性质的首要任务.本文利用基于内核构建的自适应免疫优化算法研究了完整元素组成的CunAum(n+m=61及79)二元合金团簇的稳定结构.应用多体Gupta势函数描述Cu-Au团簇原子间的相互作用.研究结果表明:对于CunAum(n+m=61)团簇,除了当n=12-15时为由三个双二十面体面面相连组成的环状结构外,其余均为二十面体结构.原子总数为79的Cu-Au合金团簇包括堆积缺陷的面心立方结构、双面心立方结构、二十面体、十面体和由四个双二十面体面面相连组成的环状结构.且当Au原子比例高和低时其主要构型分别为二十面体和十面体.此外,还分析了Cu-Au合金团簇结构势能量的分布情况及团簇的相对稳定性.原子分布规律显示Cu原子趋于占据内层,而Au原子趋向于分布在外层.     

3d过渡金属掺杂M_2@Si_(20)(M=Sc-Zn)团簇的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论(DFT)研究3d过渡金属掺杂硅团簇的几何结构和稳定性,计算了绝热电子亲和能和垂直电离能,内嵌双金属间距,自旋磁矩等.结果表明内嵌的Sc、Ti、V、Mn金属二聚体和十二面体硅笼构成了稳定的富勒烯结构,随着d电子数目的增加其内嵌的富勒烯构型有部分畸变,总体而言Si_(20)团簇掺杂双金属后稳定性得到了提高.     

La1-xCaxMnO3(x≤1/3)中Ca掺杂的团簇化及其稳定性

运用原子模拟技术考察了La1-xCaxMnO3(x≤1/3)中Ca的分布,发现低温下掺杂的Ca离子倾向于团簇化分布,形成纳米尺度的团簇.对加压和温度下团簇的稳定性也进行了研究,发现这种团簇在3 GPa和120 K下是稳定的.这种化学相分离可能是造成La1-xCaxMnO3中结构和电磁性质不均匀的原因之一.     

二十面体Sc13,Sc+113,Sc-113团簇的稳定性与电子结构研究

采用密度泛函理论框架下的广义梯度近似(DFT/GGA),对Sc13团簇进行了几何结构优化,得到13原子钪团簇的基态结构为正二十面体(Ih),在此基础上对二十面体Sc13, Sc+113和Sc-113团簇的稳定性、电子结构和磁矩进行研究.结果发现Sc13,Sc+113和Sc-113团簇都在Ih结构时最稳定,该尺寸团簇的稳定性主要由二十面体密堆积构型决定;带电能使团簇的结构稍稍收缩从而使团簇的稳定性有所增强;团簇的键长和对称性对团簇的磁矩有很明显的影响.     

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.     

Self-assembled silicon nanotubes under supercritically hydrothermal conditions

Self-assembled silicon nanotubes with one-dimensional structure have been synthesized from silicon monoxide powder under supercritically hydrothermal conditions with a temperature of 470 degrees C and a pressure of 6.8 MPa. The silicon nanotubes were identified by transmission electron microscopy and high-resolution transmission electron microscopy. The results show that the silicon nanotubes (SiNT) have closed caps. The structures of the silicon nanotubes are hollow inner pore, crystalline silicon wall layers with a 0.31 nm interplanar spacing and 2-3 nm amorphous silica outer layers. Pure crystalline silicon nanotubes survive after etching the silicon nanotubes with 5% HF acid for enough time to imply that the self-assembled silicon nanotubes are stable. A possible theoretical reason for the growth of SiNTs from SiO under supercritically hydrothermal conditions was also proposed.     

On nonlinear stability of the regular vortex systems on a sphere

We present the necessary and sufficient conditions for stability and instability of the stationary rotation of a system of n identical point vortices located at the same latitude on a sphere at vertices of a regular n-gon. We also examine stability of the equilibrium configuration of identical point vortices, situated at the vertices of a regular polyhedra. It is proved that vortex tetrahedron, octahedron, and icosahedron are stable, while vortex cube and dodecahedron are unstable.     

Selective growth of carbon nantoubes on SiO2/Si substrate

Three-step raising temperature process was employed to fabricate carbon nanotubes by pyrolysis of ferrocene/melamine mixtures on silica and single crystalline silicon wafers respectively. Then the morphologies, structures and compositions of obtained carbon nanotubes are investigated by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), energy dispersive X-ray spectroscope (EDX) and electron energy-loss spectroscopy (EELS). TEM and SEM observation shows that on silica substrate, high-oriented carbon nanotube can grow compactly to form continuous film on both frontal and cross-section surfaces, but on silicon substrate, only can form on cross-section surface. These carbon nanotubes have much irregular cup-like structure, and with outer diameter varying from 25 nm to 35 nm. At the top end of carbon nanotube there is a catalyst particle. EDX analysis reveals that the particle are iron cluster, and EELS spectrum indicates that the nanotube is composed of pure carbon. Finally, the effect of substrate surface roughness on the growth behavior of carbon nanotubes has been discussed.     

Mechanical Properties of Single-Walled （5,5） Carbon Nanotubes with Vacancy Defects

First-principles simulation is used to investigate the structural and mechanical properties of vacancy defective single-walled （5,5） carbon nanotubes. The relations of the defect concentration, distribution and characteristic of defects to Young＇s modulus of nanotubes are quantitatively studied. It is found that each dangling-bond structure （per supercell） decreases Young＇s modulus of nanotube by 6.1% for symmetrical distribution cases. However the concentrative vacancy structure with saturated atoms has less influence on carbon nanotubes. It is suggested that the mechanical properties of carbon nanotubes depend strongly upon the structure and relative position of vacancies in a certain defect concentration.     

自组生长的硅纳米管的稳定性研究

文章作者的研究小组在世界上首次合成自组生长的硅纳米管（SiNTs）后,对它的稳定性研究又获得进展.采用5wt%的HF酸对自组生长的硅纳米管的稳定性进行了研究,研究表明HF酸可以去除硅纳米管的氧化物外层,只剩下晶体硅纳米管,说明所得到的硅纳米管是一种稳定结构,因而使其应用研究开发成为可能.研究表明,硅纳米管的稳定性与其生长形成过程密切相关。     

分子动力学模拟研究熔态硅的局部结构

采用Tersoff势,修正试用不同的粒子间相互作用距离R,S的取值,进行了液态硅的分子动力学模拟.模拟的结果表明,修正Tersoff势下得到的径向分布函数能与X射线衍射、中子散射实验相一致.模拟得到在液态硅中,Si的配位数为6.9,键长为0.254nm.分子动力学模拟表明,液态硅中Si原子间联接成一种网络状结构,但大多数Si原子与其近邻Si原子仍保持近似于正四面体的局部构型.键角概率分布出现两个峰值~57°和~102°.通过键序参量分析,得到在液态硅近邻结构中,正四面体构型约占82%,键取向波动方差为5. 关键词：     

碳纳米管负载矾的第一性原理研究

本文基于密度泛函第一性原理研究了原始和带有缺陷的(Stone-Wales缺陷和单空位缺陷)碳纳米管负载金属V的稳定构型.对于V吸附在原始碳纳米管(CNT)上时,V在内表面的吸附比外表面的吸附有更强的相互作用力,且六元环内表面结构最稳定.当V与Stone-Wales缺陷碳纳米管相互作用时,V原子易吸附在管外七元环C-C键的外表面和内表面处,这说明缺陷位置的有效结合使之局域化加强.而以单空位缺陷碳纳米管为载体时V最易吸附在外缺陷处,相当于碳纳米管的一个C被金属V原子取代,形成了3个V-C_(sur)键,这进一步表明SV管外吸附比管内吸附更容易.我们从上述三种构型载体中发现,金属V吸附在缺陷碳纳米管时的稳定性要优于原始碳纳米管,且SV缺陷对金属V的固定效果最好.     

Electronic excitation energy transfer between CdS quantum dots and carbon nanotubes

Stationary and transient photoluminescence of CdS quantum dots deposited on silicon substrates and carbon nanotubes is investigated. The photoluminescence spectrum of quantum dots on a silicon substrate is dominated by a band originating from electron transitions between the quantum-confinement levels in the dots. When the quantum dots are deposited on carbon nanotubes, the intensity of this band decreases significantly. Furthermore, the kinetics of the photoluminescence decay becomes faster, which brings evidence of an additional channel for the quantum-dot deexcitation. The analysis of the experimental data demonstrates that the Förster energy transfer from CdS quantum dots to carbon nanotubes is most probably responsible for this channel. The efficiency of this process exceeds 60%.