热效应对纳米焊接界面结构的影响（英文）

采用分子动力学方法深入研究热效应对纳米焊接界面结构的影响。具体分析了碳管直径和时间的变化对界面结构的影响规律,并详细给出了1530K下的焊接过程。结果表明,除碳管(5,5)外,碳管(6,6),(7,7),(9,9),(11,11)中纳米线形成的时间分别为13.8,14.6,17.5,19.6ps。纳米线是由单根或多根Ni原子链组成,碳管(6,6),(7,7),(9,9),(11,11)中Ni原子链数分别为1,3,7和16。界面结构包括内部焊接和外部焊接。内部焊接的临界直径由碳管(6,6)决定,其值为0.814nm。在同一时刻,大直径的碳管可获得更大的外部接触长度。外部接触长度的增长速率随碳管直径的增加而增大,接触长度的最大增长速率可达0.013nm/ps。最后确定了界面结构形成临界温度,发现对于相同直径碳管,外部焊接的临界温度高于内部焊接的临界温度,临界温度与碳管直径无关。     

Ni原子链填充碳纳米管的能量、电子结构和磁性的第一性原理计算

在广义梯度近似(GGA)下,利用密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理投影缀加波(PAW)赝势方法,研究了单根Ni原子链填充扶手椅型(n,n)(5≤n≤9)单壁碳纳米管的能量、电子结构和磁性.结果表明(5,5)碳纳米管直径过小排斥Ni原子链的插入,(6,6)碳纳米管是容纳Ni原子链的最小碳纳米管,特别是Ni原子链位于其中心轴线上时的形成能最低.以Ni@(6,6)和Ni@(7,7)系统为例,计算并分析了其自旋极化能带结构,电子总态密度,分波态密度和磁性,发现Ni原子的3d态电子 关键词： Ni原子链 碳纳米管 电子结构 磁性能     

原子尺度金属纳米线的结构和性质

当物质尺度减少到几层原子时,形成超细的纳米结、纳米线、或者纳米团簇,原有凝聚态物质的结构和物理性质将不再保持,而呈现出许多令人惊奇的奇异特性。本文重点讨论直径大约3 nm以下,具有足够长度的、原子结构往往不同于体材料的准一维金属纳米结构,我们称之为原子尺度金属纳米线或超细金属纳米线(也称为金属原子线)。近年来实验上已经制备和表征出在超高真空中悬挂在两个顶针尖端的Au、Pt、Cu等金属纳米线和纳米管,金属线直径达到1 nm以下而长度为6 nm以上。通过高分辩电子显微镜观察,它们是同轴圆管(或壳)组成的、类似纳米碳管的单壳或多壳结构,管由绕着线轴的螺旋原子绳构成。理论工作围绕这种新奇结构形态的形成机制、奇异的物理性质和可能的应用前景而同时展开。这是一个崭新的纳米世界,无论是对基础的低维物理还是未来分子电子设备的应用,都将产生深远的影响,有许多奇妙的现象正等待人们去发现。本文将对最近几年原子尺度金属纳米线研究工作的主要进展和发展趋势作一个概述,并重点介绍本组有关的具有螺旋结构的纳米线的各类新奇结构和物理性质。     

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.     

原子尺度金属纳米线的结构和性质

当物质尺度减少到几层原子时，形成超细的纳米结、纳米线、或者纳米团簇，原有凝聚态物质的结构和物理性质将不再保持，而呈现出许多令人惊奇的奇异特性。本文重点讨论直径大约3nm以下，具有足够长度的、原子结构往往不同于体材料的准一维金属纳米结构，我们称之为原子尺度金属纳米线或超细金属纳米线（也称为金属原子线）。近年来实验上已经制备和表征出在超高真空中悬挂在两个顶针尖端的Au、Pt、Cu等金属纳米线和纳米管，金属线直径达到1nm以下而长度为6nm以上。通过高分辩电子显微镜观察，它们是同轴圆管（或壳）组成的、类似纳米碳管的单壳或多壳结构，管由绕着线轴的螺旋原子绳构成。理论工作围绕这种新奇结构形态的形成机制、奇异的物理性质和可能的应用前景而同时展开。这是一个崭新的纳米世界，无论是对基础的低维物理还是未来分子电子设备的应用，都将产生深远的影响，有许多奇妙的现象正等待人们去发现。本文将对最近几年原子尺度金属纳米线研究工作的主要进展和发展趋势作一个概述，并重点介绍本组有关的具有螺旋结构的纳米线的各类新奇结构和物理性质。     

Ni纳米线的结构和性质研究

采用推广模拟退火算法(Generalized Simulated Annealing,GSA)和Sutton-Chen势,研究了初始构型为面心立方(fcc)结构的Ni纳米线,在沿径向压缩时的结构和性质.结果表明:径向压缩程度对Ni纳米线的结构有很大的影响.当Ni纳米线直径大于0.398nm时(初始直径为0.498nm),其结构由fcc结构变为类似fcc结构,但结合能变化很小,表明其结构之间几乎可以实现零能量转换,且稳定性基本不变;当Ni纳米线直径小于0.398nm时,其结构从无定形结构变为缺陷结构,结合能迅速上升,表明其结构稳定性降低;键角的分布也证明了以上结果的正确性.     

熔盐电解法制备纳米碳管及纳米线

以LiCl、LiCl+SnCl2 等为熔盐电解质 ,采用电解石墨的方法制备了纳米碳管和纳米线 ,并运用TEM、XRD、EDS等分析手段对产物的形貌和结构进行了表征 .结果表明 ,熔盐成分对电解产物的形态和性质有显著影响 .在LiCl熔盐中可得到直径为 75～ 10 0nm的纳米碳管 ;在LiCl+1.0 %SnCl2 熔盐中可生成 β Sn填充的纳米碳管 .XRD测试表明 ,电解制备的 β Sn纳米线经氧化处理后在碳管内可转变为SnO2 ,其晶体结构为四方晶系 ,直径为 2 0～ 5 0nm .电解过程中Li+ 在石墨阴极上反应生成的LiC6化合物对纳米碳结构的形成具有重要作用 .     

Se，Te纳米线系统的结构稳定性研究

采用第一性原理计算及经验方法研究了Se，Te纳米线的结构稳定性. Se与Te的晶体是由三角Se，Te原子链构成并且链间相互作用相对较弱. 小直径的纳米线(<30?)进行了第一性原理计算； 同时对于大直径的纳米线，采用了一种只考虑了链间相互作用的经验方法. 六边形截面的构型比其他各种结构都要稳定，虽然在原子链数目的限制下无法保证其为正六边形. 该结论与被广泛接受的Se，Te纳米线的六边形稳定结构相一致. 关键词： 第一性原理 纳米线 硒 碲     

非晶碳氧化硅纳米线的合成与光致发光

利用直流电弧放电合成非晶碳氧化硅(SiCO)纳米线,不使用催化剂和模板,独立的SiCO 纳米线沉积在石墨锅的表面．通过XRD、SEM、TEM、XPS、FTIR等对SiCO纳米线进行了表征．结果表明,纳米线长度为20～100 μm,直径为10～100 nm,Si原子同C原子和氧原子分享成键组成SiCO单元．SiCO纳米线的光致发光谱在454和540 nm呈现了强而稳定的白色发光峰． SiCO纳米线的生长机制为等离子辅助气―固生长机制．     

ZnO纳米线场效应管的制备及I-V特性研究

采用静电探针和原子力探针技术,将化学气相沉积工艺制备的,长度为30-200μm,直径80-750 nm的单根半导体ZnO纳米线搭接在Au,Zn,Al不同功函的金属隔离沟道两端,构建出了最基本的ZnO纳米线绝缘栅场效应管.研究了沟道类型、纳米线直径、退火温度和外加栅压对ZnO纳米线场效应管I-V特性的影响.利用半导体与金属材料的肖特基接触、欧姆接触的产生机理及电子输运理论,对结果进行了分析和讨论.     

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.     

Hexagonal silicon nanotube confined inside a carbon nanotube: A first-principles study

We studied the stability, geometrical structures and electronic energy band of hexagonal silicon nanotube (SiNT) confined inside carbon nanotubes based on first-principle calculations. The results show that the encapsulating process of SiNT is exothermic in (9,9) carbon nanotube while endothermic in (8,8) and (7,7) carbon nanotubes. When the SiNT is inserted into (9,9) carbon nanotube, the insertion energy is about 0.09 eV. Energy band of SiNT@(9,9) nanotube is not distorted greatly compared with the superposition of bands of isolated SiNT and (9,9) carbon nanotube. Especially, a parabolic band occurs near the Fermi level of energy band in SiNT@(7,7) nanotube. Such a band could be a nearly free electronic state originating from carbon nanotube. Moreover, we discuss the variation of total energy as the SiNT rotates around its axis inside carbon nanotubes.     

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     

Interaction of hydrogen molecules on Ni-doped single-walled carbon nanotube

Adsorption of hydrogen molecules on an Ni-doped (8,0) single-walled carbon nanotube (SWNT) is investigated by using first-principles density functional calculations. The result shows that a single Ni atom adsorbed on the bridge site of the tube could cannot dissociate the H₂, however it can chemisorb three H₂ at most, with the average binding energy per H₂ suitable for the hydrogen storage at the room temperature. More H₂ would physisorb around an Ni atom weakly. As for the SWNT with an Ni dimer adsorbed, we find that when the H₂ approaches the Ni--Ni bond, it dissociates without overcoming any barrier and makes bonds with Ni atom.     

碳纳米管吸附铜原子的密度泛函理论研究

采用密度泛函方法对铜原子在有限长（5,5）椅型单壁碳纳米管的吸附行为进行了研究.计算结果表明,铜原子吸附在管外壁要比吸附在管内壁能量上更为有利,在管外壁碳原子顶位吸附最佳,属于明显的化学吸附.且用前线轨道理论对其成键特性进行了分析,表明在顶位吸附时主要由铜原子的4s轨道电子与碳纳米管中耦合的σ-π键形成新的σ键.此外还对比计算了两种典型位置电子密度,发现顶位吸附的成键中有更大的电子云重叠.进一步表明在某些情况下铜碳原子可以成键. 关键词： 碳纳米管 铜原子 成键特性     

激光诱导铝基碳纳米管薄膜及场发射性能

结合电泳沉积和激光纳米焊接技术在常温下成功制备了铝基单壁碳纳米管(SWCNTs-Al)薄膜。首先,将单壁碳纳米管电泳沉积到铝片基底上,再使用皮秒脉冲激光构建二者的可靠连接。对SWCNTsAl薄膜进行场发射性能测试,开启电压从焊接前的5.1V/μm降低到2.1V/μm,发射电流密度显著提高且更加稳定。这主要是激光纳米焊接后界面接触阻抗减小,场致电子发射更容易实现的结果。基于SWCNTs-Al薄膜的表面形貌图和场发射性能测试结果,确定了最优的激光纳米焊接参数。     

Deformation of copper-filled single-walled boron-nitride nanotubes under axial compression

The buckling behaviors of copper–filled single-walled boron-nitride nanotubes (BNNTs) under axial compression are studied by molecular mechanics simulations. This study shows that the stability of this composite nanostructure (Cu@BNNT) gets better with the decrease of the tube diameter. An obvious decrease of the strain energy and vdW energy is observed at the onset of the global compressive buckling. Comparison of the axial compressing behavior between the Cu@BNNT(7,7) and Cu@BNNT(11,11) reveals that they have different buckling deformation and energy loss. Moreover, the stability of a BNNT filled with larger number of atoms is better than the one filled with small number of atoms.     

Carbon nanotubes adhesion and nanomechanical behavior from peeling force spectroscopy

Applications based on single walled carbon nanotube (SWNT) are good example of the great need to continuously develop metrology methods in the field of nanotechnology. Contact and interface properties are key parameters that determine the efficiency of SWNT functionalized nanomaterials and nanodevices. In this work we have taken advantage of a good control of the SWNT growth processes at an atomic force microscope (AFM) tip apex and the use of a low noise (10⁻¹³ m/√Hz) AFM to investigate the mechanical behavior of a SWNT touching a surface. By simultaneously recording static and dynamic properties of SWNT, we show that the contact corresponds to a peeling geometry, and extract quantities such as adhesion energy per unit length, curvature and bending rigidity of the nanotube. A complete picture of the local shape of the SWNT and its mechanical behavior is provided.