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     

碳纳米管的稳定性研究

石墨晶体结构遭到破坏时，总是碎化为微小尺寸的片状粉末.孤立的石墨烯片在其边缘存在大量的悬挂键，使得石墨烯片的能量较高，状态也不稳定.石墨烯片卷曲形成碳纳米管后，悬挂键减少，系统能量相应降低.另一方面，石墨烯片卷曲形成碳纳米管将产生相应的形变势能，形变势能的产生将抵消由于减少石墨烯片边缘上的悬挂键所带来的能量降低，使碳纳米管的能量可能高于石墨烯片的能量，导致碳纳米管结构的不稳定.在建立碳纳米管生成的力学模型并进行深入理论分析的基础上得出了碳纳米管可以稳定存在的最小直径约为0.32nm的结论.     

碳纳米管的稳定性研究

石墨晶体结构遭到破坏时,总是碎化为微小尺寸的片状粉末.孤立的石墨烯片在其边缘存在大量的悬挂键,使得石墨烯片的能量较高,状态也不稳定.石墨烯片卷曲形成碳纳米管后,悬挂键减少,系统能量相应降低.另一方面,石墨烯片卷曲形成碳纳米管将产生相应的形变势能,形变势能的产生将抵消由于减少石墨烯片边缘上的悬挂键所带来的能量降低,使碳纳米管的能量可能高于石墨烯片的能量,导致碳纳米管结构的不稳定.在建立碳纳米管生成的力学模型并进行深入理论分析的基础上得出了碳纳米管可以稳定存在的最小直径约为0.32nm的结论. 关键词： 碳纳米管 稳定性 形变势能 键能     

碳纳米管中α-Ga和β-Ga纳米线相对稳定性的理论研究

采用密度泛函理论研究了碳纳米管中填充的金属镓纳米线的稳定性.结果表明,无论是在碳纳米管内的受限空间,还是在自由空间,较大尺寸的β-Ga纳米线都要比α-Ga纳米线稳定.通过对镓纳米线的平均能量和镓纳米线与碳纳米管间的结合能的分析,揭示了实验中观测到碳纳米管中金属镓会存在β-Ga相而无α-Ga相的物理原因. 关键词： 碳纳米管 纳米线 密度泛函理论     

外加轴向磁场下碳纳米管场效应晶体管的电学性质

在紧束缚理论的基础上推导出轴向磁场下碳纳米管的能带公式,研究外加磁场下碳纳米管场效应晶体管的电学特性.说明磁场可使碳管的导电性质在金属型和半导体型之间转变,转变的磁场周期为0.5₀.进一步应用场效应晶体管Natori理论模拟计算了外加磁场对碳纳米管场效应晶体管的电流-电压特性的影响,研究结果显示zigzag管和armchair管的电流随外电压和磁场都有振荡行为,而且两类管的振荡行为有明显差别. 关键词： 碳纳米管 紧束缚理论 费米能 能带结构     

锥顶碳纳米管的结构稳定性与场致发射性能

运用密度泛函理论研究了锥顶碳纳米管的结构稳定性与电子场致发射性能.结果表明:在外电场作用下,该体系的结构稳定性明显优于碳纳米锥体、C₃₀半球封口的碳纳米管,且电子发射性能与锥角大小、锥顶构型密切相关,特别是锥角38.9°及棱脊型顶部的cone₁@(6,6)综合性能最优,用其作为场致发射源的阴极时可显著提高发射电流密度并延长器件的使用寿命. 关键词： 锥顶碳纳米管 电子场致发射 结构稳定性 密度泛函理论     

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     

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.     

不同电场下碳纳米管场致发射电流密度研究

本文运用密度泛函理论和金属电子论, 深入研究了碳纳米管场致发射电流的变化规律. 结果显示其发射电流密度取决于体系的态密度、赝能隙、管长和局域电场, 在不同范围电场下的变化规律不同. 在较低电场下, 发射电流密度随电场增强而近似线性增大(对应的宏观电场须小于18 V· μm^-1); 但在较高电场下, 发射电流密度随外电场增加呈现非周期性振荡增长趋势, 碳纳米管表现为电离发射. 本文进一步研究了金属性碳纳米管电导率在不同电场下的变化规律.     

碳纳米管冷阴极场致发射中栅网特性

利用三维粒子模拟软件对大面积生长无序碳纳米管冷阴级三级结构发射特性进行仿真,对六边形、三角形和正方形3种不同网孔结构栅网下的碳纳米管冷阴极场致发射特性进行研究。通过计算冷阴极表面电场分布及场致发射电子注的通过率,得到不同图形发射效率随网孔尺寸变化的规律。进一步横向对比,得出栅网最佳图形为六边形的结论,其最大电子注通过率为75%。     

对碳纳米管阵列的场发射电场增强因子以及最佳阵列密度的研究

研究了外电场、碳纳米管自身线度、尤其管的阵列密度对碳纳米管的场发射性能的影响,从理论上深入探索碳纳米管阵列的电场增强因子并提出改善其场发射电子性能的有效途径.研究结果表明,碳纳米管阵列的电场增强因子的数量级一般为102—103,并对任何长径比的碳纳米管阵列,都对应着一个最佳阵列密度,当碳纳米管阵列密度取此最佳密度值时,其电场增强因子明显提高.这里的理论研究对弄清碳纳米管的场发射机理及实验合成高发射性能的碳纳米管阵列有一定的意义 关键词： 碳纳米管阵列 最佳阵列密度 电场增强因子 长径比     

Boron carbon nanotube superlattices: Geometry, electronic structure and quantum conductance

The stable boron carbon nanotube superlattices (BCNTSLs) that are constructed by periodically connecting carbon nanotube (CNT) and boron nanotube (BNT) with different lengths and diameters are predicted by employing the density functional first-principles calculations. The geometrical and electronic structures as well as quantum conductance of BCNTSLs are studied. It is found that the superlattices can be metallic or semiconducting depending on tube diameters and the ratio of BNT to CNT segments in a periodic unit. The confined states in the superlattice are observed. The present study could offer a useful way for designing some functional nanodevices.     

碳纳米管在大气压环境中的场致发射特性

研究了在大气压环境下,单根碳纳米管作为场致发射阴极,与阳极间距为100—200 nm时的场致发射特性.对比了碳纳米管在不同阴阳极间距和不同气体环境中的场致发射电流和噪声的特点. 关键词： 碳纳米管 场致发射 大气压     

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.     

Hydrogen adsorption on SiC nanotube under transverse electric field

Using density functional theory, we present a model to illustrate that under a transverse electric field the overall amount of hydrogen storage can be increased on the SiC nanotube. Due to the cylindrical shape of the nanotube, an electric field does not have the similar effects on the different adsorption sites. Although it has the desired effects on some sites, the electric field may lead the binding energy to decrease on some other sites. We demonstrate that the binding energy decreases slightly just on the two small areas and increases significantly on the largest part of the nanotube surface.