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     

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     

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     

碳纳米管热导率的分子动力学研究

采用非平衡分子动力学方法研究了室温下(5,5)碳纳米管的热导率.当管长从6 nm增加到4 μm时,其热导率从30 W/(m.K)增加为1000 W/(m.K).当碳纳米管长度小于40 nm时,热导率与长度呈线性关系,此时导热处于弹道输运阶段.随着管长的增加,热导率和长度成幂指数关系,但幂指数逐渐减小并趋向于O,表明声子从以弹道输运为主向以扩散输运为主的机制转变.     

一种新型的三壁碳纳米管螺旋振荡器:分子动力学模拟

本文提出了一种新型的三壁碳纳米管螺旋振荡器,通过对内管施加轴向激励和中管施加旋转激励的方式,来同时获得内管和中管的螺旋信号输出.采用分子动力学方法研究了该振荡器在拉转耦合下的振荡行为.在模拟过程中,固定的外管充当振荡器定子的作用,内管和中管在分别施加一定的初始激励后保持自由振荡.模拟结果表明,在内管拉出距离一定的情况下,内管的自激发旋转频率随着中管初始旋转激励频率的增加而增加,且最终趋于一个稍低于旋转激励的稳定值.当施加的初始旋转频率在400 GHz以内时,内管达到稳定的旋转频率ω_I与旋转激励频率ω_M0的关系为ω_I=46e⁽0.0045ω_M0).尽管提高初始旋转激励频率可以提高内管的旋转频率,但随着中管初始旋转频率的增加内管的轴向性能下降,不稳定振荡加剧.同时中管轴向振荡的稳定性与施加在其上面的初始旋转激励的频率有关,过高的初始旋转频率不仅会加大非轴向摆动距离,导致轴向振荡性能下降,而且旋转损耗比也将随着初始旋转频率的增加而增加.因此,合理的控制初始旋转频率的幅值是设计低损耗三...     

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     

双壁碳纳米管电浸润现象的分子动力学模拟

在单壁碳纳米管电浸润现象原子模拟的基础上,对双壁碳纳米管的电浸润现象进行了计算机模拟.运用经典分子动力学方法结合一个宏观的电毛细管模型模拟了双壁碳纳米管在水银中的电浸润过程,对不同内管尺寸情况下的浸润现象作了研究和比较.计算结果表明双壁碳管和单壁碳管的电浸润过程存在很大的不同,双壁碳管的内管在电浸润过程中起到重要的作用：当改变双壁碳管中内管的尺寸时,浸润现象会产生很大的改变. 关键词： 双壁碳纳米管 电浸润 分子动力学     

多壁碳纳米管外壁高温蒸发的分子动力学模拟

采用经典分子动力学（MD）方法,使用EDIP（environment-dependent interatomic potential)势描述C纳米管内C原子之间相互作用,对多壁C纳米管由于Stone-Wales缺陷引起外层管高温剥落蒸发现象进行了计算模拟.研究结果表明,高温下多壁C纳米管外层管Stone-Wales缺陷处C原子剧烈振动导致C—C键断裂形成悬键,并逐渐向四周扩散导致外层管剥落蒸发.利用Lindemann指数作为判据,得出多壁C纳米管外层管出现剥落蒸发的温度为2290 K左右,与Huang Jianyu等实验中观测到多壁C纳米管外层管剥落蒸发现象产生的温度2000 ℃基本一致. 关键词： 多壁C纳米管 分子动力学 Stone-Wales缺陷 剥落蒸发     

多壁碳纳米管外壁高温蒸发的分子动力学模拟

采用经典分子动力学（MD）方法,使用EDIP（environment-dependent interatomic potential)势描述C纳米管内C原子之间相互作用,对多壁C纳米管由于Stone-Wales缺陷引起外层管高温剥落蒸发现象进行了计算模拟.研究结果表明,高温下多壁C纳米管外层管Stone-Wales缺陷处C原子剧烈振动导致C—C键断裂形成悬键,并逐渐向四周扩散导致外层管剥落蒸发.利用Lindemann指数作为判据,得出多壁C纳米管外层管出现剥落蒸发的温度为2290 K左右,与Huang Jianyu等实验中观测到多壁C纳米管外层管剥落蒸发现象产生的温度2000 ℃基本一致.     

锂离子进入碳纳米管端口速度的分子动力学模拟

锂离子进入碳纳米管端口的速度V Li是影响锂离子电池充电性能的重要因素.采用分子动力学模拟方法,研究了直径、温度、电场强度和端口改性官能团四种因子对其影响.运用正交实验方法,分析得出了各因子及其不同水平的影响规律.结果表明,四种因子的影响力度由大到小依次为:电场强度、官能团类型、碳纳米管直径和温度.在本文的模拟条件下,随着电场强度和碳纳米管直径的增大,V Li逐渐增加,且在电场强度下的增幅会更显著;碳纳米管端口官能团分别改性为氢原子(—H),羟基(—OH),氨基(—NH2)以及羧基(—COOH)时,V Li会逐步降低;随着温度的增大,V Li先增加后减小,但整体波动偏幅不大.     

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     

Molecular dynamics simulation on mechanicalproperty of carbon nanotube torsional deformation

In this paper torsional deformation of the carbon nanotubes is simulated by molecular dynamics method. The Brenner potential is used to set up thesimulation system. Simulation results show that the carbon nanotubes can bear larger torsional deformation, for the armchair type (10,10) single wall carbon nanotubes, with a yielding phenomenon taking place when the torsional angle is up to 63$^{\circ}$(1.1rad). The influence of carbon nanotube helicity in torsional deformation is very small. The shear modulus of single wall carbon nanotubes should be several hundred GPa, not 1\,GPa as others reports.     

稀有气体原子注入缺陷性纳米碳管的分子动力学模拟

采用TLHT势和经典分子动力学方法研究了稀有气体原子(He，Ne，Ar，Kr，Xe)进入带缺陷的单壁纳米碳管(SWCNT)的动力学过程，计算出了稀有气体原子分别从管壁和管口入射时，它们能封装在SWCNT中的能量阈值E_k0，并与理想结构情形做了比较.结果表明：随着管壁缺陷半径r的增加，E_k0减小；当r<4.5 ?时，给定合适的初始动能，稀有气体原子能封装在纳米碳管中；而r=4.5 ?时，稀有气体原子不能封装在碳管中，且此时缺陷对Ar，Kr和Xe的输运特性有很大影响. 关键词： 纳米碳管 缺陷 稀有气体原子 分子动力学模拟     

碳纳米管从硅基板上剥离的拉伸分子动力学模拟研究

采用拉伸分子动力学方法研究了单壁碳纳米管(8, 8)在室温下从硅基板上被剥离的过程.当碳纳米管(CNT)在硅基底上被剥离时, 剥离距离和理想弹簧所测平均剥离力之间呈现一定规律的关系曲线,并出现了较大的正、负峰值. 比较了不同剥离速度下的平均剥离力,并拟合了其峰值与速度的关系. 拉伸分子动力学模拟结果显示,所需剥离力的最大值与速度之间呈现一定的线性关系, 模拟结果同生物物理学上类似的剥离实验结果符合较好,但相比于高分子, CNT和硅(Si)组成的界面吸附性能更强.讨论了碳纳米管长度、 半径及缺陷对剥离过程的影响,研究表明:所需最大的剥离力与CNT的长度无关, 但随CNT半径的增加,需要的最大剥离力线性增加; 5-7-7-5缺陷对剥离力最大值影响较小,而半径变化缺陷会削减最大剥离力. 在原子尺度对未来的试验进行了理论预测,为碳纳米管在硅微电子工业中的应用提供了理论基础.     

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 simulations of hydrogen adsorption/desorption by palladium decorated single-walled carbon nanotube bundle

Utilising molecular dynamics simulations, the hydrogen molecules adsorption isotherms of the (8,?0) palladium decorated single-walled carbon nanotube (SWNT) were obtained. The hydrogen adsorption was studied on the external, interstial and internal surfaces of the SWNT bundle at several temperatures ranging from 77 to 400?K. The results were compared with the bare single-walled carbon nanotube bundle under the same conditions. The decorated carbon nanotube bundle hydrogen adsorption was significantly higher than that of the bare one. The hydrogen desorption and readsorption were studied using temperature as the readsorption/desorption variable. The rate constants were calculated for the hydrogen desorption at different temperatures. The calculated decorated SWNT bundle hydrogen desorption activation energy was higher than that for the bare SWNT bundle. The calculated activation energies for the hydrogen desorption in both nanotube bundles specified the temperature dependency of hydrogen desorption.     

Effect of sp-hybridized defects on the oscillatory behavior of carbon nanotube oscillators

Using molecular dynamics simulations, we investigate the oscillatory behaviors of carbon nanotube oscillators containing sp³-hybridized defects formed by hydrogen chemisorption. It is found that the presence of these defects significantly affects the kinetic and potential energies of the nanotube systems, which in turn affects their oscillation periods and frequencies. We have also studied the oscillatory characteristics of the oscillators containing sp³-hybridized Stone-Wales defects. Our results show that it is possible to control the motion of the inner nanotube by introducing sp³-hybridized defects on the outer nanotube, which provides a potential way to tune the oscillatory behavior of nanotube oscillators.