利用场发射电子显微镜研究具有原子分辨的单壁碳纳米管的场发射

利用场发射电子显微镜(FEM)研究了组装在金属钨(W)针尖上的单壁碳纳米管(SWCNTs)的电子发射特性. 透射电子显微镜(TEM)结果表明在W针尖上存在一单壁碳纳米管束. 在适当的实验条件下得到了一组具有原子分辨率的FEM像, 该像可能是从单壁碳纳米管束中突出的一根(16,0)锯齿型单壁碳纳米管开口端的发射形成的. 理论计算了FEM图像放大倍数和分辨率. 当压缩因子β的值设定为β= 1.76时, FEM图像放大倍数的理论计算值与实际测量值相一致. 利用考虑镜像力的Gomer分辨率公式计算了FEM的分辨本领. 在典型电场强度ε = 5.0×10⁷ V/cm)情况下, FEM的分辨本领可以达到0.277 nm, 这接近(16,0)型单壁碳纳米管开口端碳原子沿锯齿边的间距(0.246 nm). 这些进一步支持了实验得到的结果.     

利用STM对碳纳米管表面原子结构的观察和研究

利用STM对碳纳米管表面原子排列结构进行了观察研究,由原子分辨的STM图象观察到了碳纳米管表面两种主要的原子排列,即波折式构型和椅式构型,以及与石墨表面STM图象不同的碳原子六角环排列图象,这种与石墨STM图象的差异揭示出碳纳米管表面原子与第二层原子排列间的相对变化,在不同样品上还观察到了碳原子层的弯折,这种弯折导致局域的原子结构畸变及相应的STM图象变化。实验结果表明:对原子层间存在相互作用情形,由STM测量亦可给出表面层之下的原子排列结构信息.     

考虑非局部剪切效应的碳纳米管弯曲特性研究

基于Hamilton(哈密顿)变分原理和非局部连续介质弹性理论,建立了新型非局部Timoshenko(铁木辛柯)梁模型（ANT）,推导了碳纳米管（CNT）的ANT弯曲平衡方程以及两端简支梁、悬臂梁和简支 固定梁的边界条件表达式,分析了剪切变形效应和非局部微观尺度效应对碳纳米管弯曲特性的影响.数值计算结果显示,碳纳米管的弯曲刚度随着小尺度效应的增强而升高.其次,这种小尺度效应对自由端受集中力的悬臂梁碳纳米管有明显作用,其刚度变化规律和其它约束条件的碳纳米管一样,这一点是ANT模型区别于普通非局部纳米梁模型的主要特点.经分子动力学模拟验证,ANT模型是合理分析碳纳米管力学特性的有效方法.     

辛体系下碳纳米管阵列中太赫兹波传播特性研究

应用有效介质理论,研究了周期碳纳米管阵列中电磁波在太赫兹频段的传播特性.考虑碳纳米管阵列的非局部准静态模型,将其导入Hamilton系统的辛几何理论框架下,通过求解本征值问题得到了电磁波在碳纳米管阵列中传播的色散关系.数值计算结果给出了垂直和倾斜排列的碳纳米管阵列中电磁波传输特性.研究表明在太赫兹频段,轴向非局部空间色散对电磁波传播特性影响较小.相关研究可对太赫兹频段碳纳米管阵列波传播器件的设计提供理论参考.