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.     

碳纳米管封装表面异构Si20融化的结构演变

采用分子动力学方法模拟一种硅的特殊结构（表面异构的硅十二面体结构）填充到扶手型单壁纳米管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碳纳米管中的稳定性和结构演变情况。研究发现这种结构在碳纳米管中是非常稳定的,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Si20的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。     

Ag309团簇升温过程中结构转变的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟研究了具有面心立方(fcc)晶格结构的截断八面体Ag309团簇升温过程中结构演变.对团簇的能量曲线变化、快照图演变和键对分析表明:无缺陷截断八面体Ag309团簇在410 K时转变为二十面体,在840 K时熔化;不同缺陷诱导二十面体结构转变温度异常变化,沿晶面滑移缺陷使二十面体转变温度升高,沿晶面旋转缺陷使二十面体结构转变温度降低;不同缺陷对团簇键型和势能产生的影响是使二十面体结构转变温度异常变化的主要诱导因素.这种通过缺陷控制团簇结构转变的研究为新型纳米结构的可控制备提供理论基础.     

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.     

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.     

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.     

纳米铜团簇凝结规律的分子动力学研究

采用分子动力学方法对包含147，309和561个原子数的液态纳米铜团簇凝结过程进行模拟研 究，结果表明降温速率及团簇原子数对凝结得到常温下的固态团簇结构有重要影响：在模拟 时间内，降温速度越慢，团簇原子数越少，凝结得到铜团簇越倾向生成二十面体结构，反之 则倾向生成面心立方结构.同时探讨了该现象的物理机理. 关键词： 铜团簇 凝结 结构 分子动力学     

Ag309团簇升温过程中结构转变的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟研究了具有面心立方（fcc）晶格结构的截断八面体Ag309团簇升温过程中结构演变。对团簇的能量曲线变化、快照图演变和键对分析表明：无缺陷截断八面体Ag309团簇在410 K时转变为二十面体,在840 K时熔化;不同缺陷诱导二十面体结构转变温度异常变化,沿晶面滑移缺陷使二十面体转变温度升高,沿晶面旋转缺陷使二十面体结构转变温度降低;不同缺陷对团簇键型和势能产生的影响是使二十面体结构转变温度异常变化的主要诱导因素。这种通过缺陷控制团簇结构转变的研究为新型纳米结构的可控制备提供理论基础。     

硅纳米团簇与石墨烯复合结构储锂性能的第一性原理研究

本文采用第一性原理计算方法, 研究了不同晶向硅纳米团簇与石墨烯复合结构稳定性及其储锂性能. 计算了不同高度、大小硅团簇与石墨烯复合结构的结合能, 复合结构中嵌锂吸附能和PDOS. 分析表明, 硅团簇和石墨烯之间形成较强的Si—C键, 其中[111]晶向硅团簇与石墨烯作用的形成能最高, 结构最为稳定. 进一步计算其嵌锂吸附能, 发现硅团簇中靠近石墨烯界面处的储锂位置更加有利于锂的吸附, 由于锂和碳、硅之间有较强电荷转移, 其吸附能明显大于其他储锂位置. 同时在锂嵌入过程中, 由于石墨烯的引入, 明显减小了界面处硅的形变, 有望提高其作为锂电池负极材料的可逆容量.     

扶手椅型硅纳米管电子结构的研究

在本文中，我们使用密度泛函理论的第一性原理方法来研究手性指数m=n=K(K为3～15的整数)的扶手型硅纳米管的能带结构和态密度.计算结果表明，扶手型(3,3)硅纳米管为间接带隙结构，其余均为直接带隙结构;随着手性指数增加，硅纳米管的直径增大，硅纳米管的禁带宽度逐渐减小，导带逐渐向下移动，并且总态密度图峰值强度增加;扶手型(3,3)硅纳米管的禁带宽度最大化;扶手型(13,13)硅纳米管的禁带宽度最小，说明其导电性优于其他手性指数的扶手椅型硅纳米管;同时，扶手型(4,4)硅纳米管的导带和价带重叠，表明扶手型(4,4)硅纳米管是金属纳米管;态密度图显示扶手型(9,9)硅纳米管的价带顶部主要由Si-3p电子态组成，导带的底部由Si-3s态电子和Si-3p态电子组成.     

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。     

扶手椅型硅纳米管电子结构的研究

在本文中,我们使用密度泛函理论的第一性原理方法来研究手性指数m=n=K(K为3～15的整数)的扶手型硅纳米管的能带结构和态密度.计算结果表明,扶手型(3,3)硅纳米管为间接带隙结构,其余均为直接带隙结构;随着手性指数增加,硅纳米管的直径增大,硅纳米管的禁带宽度逐渐减小,导带逐渐向下移动,并且总态密度图峰值强度增加;扶手型(3,3)硅纳米管的禁带宽度最大化;扶手型(13,13)硅纳米管的禁带宽度最小,说明其导电性优于其他手性指数的扶手椅型硅纳米管;同时,扶手型(4,4)硅纳米管的导带和价带重叠,表明扶手型(4,4)硅纳米管是金属纳米管;态密度图显示扶手型(9,9)硅纳米管的价带顶部主要由Si-3p电子态组成,导带的底部由Si-3s态电子和Si-3p态电子组成.     

液态金属Al快速凝固过程中团簇结构的形成特性

采用分子动力学方法 ,对含有 10 5个Al原子的液态金属大系统在快凝过程中团簇结构的形成特性进行了模拟研究 ,并采用原子团类型指数法 (CTIM )来描述各种类型的团簇结构组态 .研究结果显示 ,二十面体原子团 (12 0 12 0 )及其组合在微观结构转变中起着最重要的作用 .发现纳米级大团簇 (含有 10 4个原子 )是由一些中等原子团相互结合而成 ,而中等原子团又是由基本原子团结合组成 .这种结构与由热蒸发、离子溅射等方法所获得的以某一个原子为中心、按八面体结构堆积起来的多壳层晶体结构的纳米级大团簇完全不同 .组成这种大团簇结构的基本原子团的中心原子是彼此以单线或扭结的形式相互成键连接的 .这种结构的角隅正好可以成为液态金属凝固过程中形成支晶的起点 .     

中等尺寸SiN团簇结构和相对稳定性的研究(21≤N≤50,N=60)

在过去二十年里,对中等尺寸硅团簇的研究一直十分活跃.为阐明低能团簇从中等到大尺寸的生长行为,我们对SiN团簇在21≤N≤50,和N=60的结构和相对稳定性进行论述.对Si21-Si29,除Si27外最低能量结构是扁长形.对N≥30,SiN团簇倾向于形成填充富勒烯结构.随着团簇尺寸的增大(N≥41),内部开始出现四面体结构,可视为金刚石晶格结构形成的初始阶段.当团簇尺寸达到N=60时,其已偏离小团簇的类分子行为,但向块体结构的转变还没完成.中等尺寸硅团簇的填充富勒烯结构可以被看作是从类分子向块体过渡的中间阶段.     

银纳米团簇负热容现象的分子动力学模拟

采用分子动力学方法和嵌入原子法(EAM)多体势函数,模拟研究了银纳米团簇在不同温度直到熔化过程中的结构变化,得到了体系能量和热容量随温度的变化关系.结果显示:银纳米团簇在临近熔点附近出现了负热容现象.研究了弛豫后银纳米团簇的稳态结构变化及其在不同时刻结构的演变过程.结果表明:产生负热容现象的主要原因是纳米团簇在熔点附近,结构发生了巨大的变化,形成由{111}和{100}面围成的结构十分稳定和能量更低的多面体.     

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.     

大尺寸核/层Co-Pd合金团簇稳定结构研究

纳米尺度合金团簇具有特殊的光学、电、磁和催化等性质,在基础研究和应用领域吸引了广泛的兴趣.使用多体Gupta势函数描述Co-Pd团簇原子间相互作用,应用基于内核构建的自适应免疫优化算法确定最稳定结构.研究结果显示:98原子Co-Pd团簇结构可分为面心立方结构、Mackay二十面体、双二十面体、由双二十面体面面相连构成的结构和十面体结构.序列参数显示Co原子位于内层,而Pd原子位于外层.原子半径和表面能进一步解释了Co和Pd原子的分布规律.原子数目为147的Co-Pd团簇均为完整二十面体结构.     

分子动力学模拟Cu(010)基体对负载Co-Cu双金属团簇熔化过程的影响

纳米团簇负载到基体上的结构演化和热稳定性是其走向技术应用的关键. 本文用分子动力学结合嵌入原子方法模拟了具有二十面体初始结构的Co₂₈₁Cu₂₈₀ 混合双金属团簇在Cu(010)基体上的熔化过程, 考察了基体的Cu原子可以自由移动(自由基体)和固定(固定基体)两种条件对负载团簇熔化的影响. 发现基体条件对团簇的熔化有明显的影响. 在自由基体上团簇原子的温度-能量曲线存在明显的团簇熔化时的能量突变点, 熔点为1320 K, 低于固定基体上团簇的熔点1630 K. 在升温过程中团簇的二十面体结构会在基体表面发生外延生长. 外延团簇随着温度增加发生表面预熔, 预熔原子会逐渐向基体表面扩散形成薄层, 直至完全熔化. 自由基体上团簇原子的嵌入行为会使原子的分布状态产生不同于固定基体上的演变.     

硅团簇的结构及生长模式——紧束缚分子动力学：Si11—Si32

采用紧束缚分子动力学模拟硅团簇的结构，通过比较它们的结合能来确定基态结构，最后描绘出不同尺寸所对应的径向分布函数、角分布函数.模拟表明硅团簇在n=27处发生结构转变，从结构图上看，是由扁长结构向近球形结构转变.从径向分布函数图像、键角分布函数图像上也可以得到团簇结构在n=27处发生了变化，结构变得越来越紧密. 关键词： 硅团簇 紧束缚分子动力学 模拟退火 基态结构