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     

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     

碳纳米管振荡的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟方法,模拟了三种碳纳米管振荡器内管的振荡运动.结果显示：振荡器的内管越短,振荡的频率越大,且受到的轴向回复力的波动也越大.内管在沿着管轴振荡的同时,还绕着管轴旋转,转动的动能有明显涨落并与内管管长密切相关.该研究对于开发碳纳米管的相关应用技术有指导意义. 关键词： 分子动力学模拟 多壁碳纳米管 振荡     

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     

热激励下碳纳米管与水混合体系传质传热的分子动力学模拟

爆发沸腾换热和纳米流体传热具有很重要的理论和实用意义.但由于爆发沸腾传热过程中,液体内部空间温度梯度大,相变速度快,表现出一定的特殊性,纳米流体传热对其传热过程机理的研究,往往需要在实验条件难以实现的空间和时间极限下,充分研究液相和气相内部的温度、压力和运动状态及其空间分布.采用分子动力学的方法,通过对比研究纯水和碳纳米管/水混合体系爆发沸腾过程,对两种体系密度分布、温度场和应力场研究和对比分析,揭示碳纳米管/水混合体系的强化换热机理,探究碳纳米管对混合体系爆发沸腾换热和纳米流体传热的促进作用.     

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.     

碳纳米管阀门的分子动力学研究

以Lennard-Jones位能式与Brenner-Tersoff位能式为基础,经由分子动力学模拟,探讨流体分子与碳管间质、能传递的关系.首先在一(5,5)armchair碳管侧面,分别移除不同数目的碳原子,形成阀口(A_av=17.3~116.9Å2),进行模拟.结果显示,常用的自扩散行为在该环境下不足以完全说明物性,即在相同系统温度下,阀口的大小也会改变氢原子逸出速度V_b(Breakthrough velocity).为此,必须考虑麦克斯韦-波尔兹曼能量分布方程(Maxwell-Boltzmann energy distribution)修正,此外,原子释放率与阀口尺寸有明显的相依性.同时研究中亦发现,阀门不同几何尺寸引起位能障(Potential energy barrier)、功函数(Work function)以及能隙(Energy gap)的改变,进而影响粒子通过时流率、流速等动力行为.可利用该特性,作为控制原子、分子流动的纳米阀门、粒子分离或化学反应器等基础设计依据.     

单壁碳纳米管储氢的第一原理分子动力学模拟

本文用第一性原理平面波赝势方法模拟研究了手性单壁碳纳米管与氢分子的相互作用,考察了碳纳米管直径对储氢性能的影响。对单壁碳纳米管储氢的模拟结果表明: (1)物理吸附时,H2可以吸附在空腔内,也可以吸附在管与管之间的空隙中,纳米管内部的氢吸附力均高于管外,而“完好无损”的H2分子不能够穿过管壁而进入管内。(2)化学吸附时,碳纳米管对氢的吸附首先出现在管的边缘附近,碳纳米管局部会发生形变,SWCNTs的张力会随C-H键的增加而增大,系统不稳定。（3）随着直径的增加,纳米管内、外的氢吸附力差异减小。     

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.     

单壁碳纳米管储氢的第一原理分子动力学模拟

本文用第一性原理平面波赝势方法模拟研究了手性单壁碳纳米管与氢分子的相互作用,考察了碳纳米管直径对储氢性能的影响.对单壁碳纳米管储氢的模拟结果表明:(1)物理吸附时,H2可以吸附在空腔内,也可以吸附在管与管之间的空隙中,纳米管内部的氢吸附力均高于管外,而“完好无损”的H2分子不能够穿过管壁而进入管内.(2)化学吸附时,碳纳米管对氢的吸附首先出现在管的边缘附近,碳纳米管局部会发生形变,SWCNTs的张力会随C-H键的增加而增大,系统不稳定.(3)随着直径的增加,纳米管内、外的氢吸附力差异减小.     

拉伸条件下双壁碳纳米管弹性性能的原子模拟

利用分子动力学方法，对双壁碳纳米管在拉伸条件下的弹性性能进行模拟，研究了直径在1 nm以上的4根双壁碳纳米管，模拟了它们的应力-应变关系以及泊松比.计算结果表明，在弹性范围内，双壁碳纳米管的应力与应变呈非线性关系，切线弹性模量大致从720 GPa减小至570 GPa，出现软化现象；随着拉伸应变的增大，泊松比从0.3变化到0.17，但结构尺寸对泊松比的影响不大. 关键词： 双壁碳纳米管 分子动力学 弹性模量 泊松比     

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.     

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.     

相变材料热物理性质的分子动力学模拟

为从微观尺度探寻相变材料的热物性变化机理, 本文采用分子动力学的方法, 构建了由正二十二烷组成的无定形结构的相变材料体系, 采用周期性边界条件以及COMPASS力场对相变材料的比热以及导热系数进行了模拟, 并对纯正二十二烷进行了DSC测试. 结果表明, 模拟所得的相变材料热容与文献实验值的偏差是6.5%, 熔点与DSC实验值的偏差是0.98%. 当温度为288–318 K时, 相变材料的导热系数在0.1–0.4 W·m^-1·K^-1 范围内波动, 且随着压力增大略呈下降趋势. 关键词： 扩散系数 比热 导热系数 分子动力学     

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     

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     

正庚烷热裂解的反应分子动力学模拟

研究表明正庚烷热裂解的主产物是C₂H₄, H₂, CH₄以及C₃H₆,模拟结果和实验吻合很好. 温度对产物分布具有明显的影响,当温度上升,目标产物乙烯的量会迅速增加. 正庚烷转化率以及主产物的摩尔分数分别通过反应分子动力学和化学动力学模拟计算得到,两种方法模拟结果相吻合. 我们还通过动力学分析研究了正庚烷热裂解反应的动力学参数,反应活化能为47.32 kcal/mol,指前因子为1.78×10¹⁴ s^-1.     

热镀铜层冷凝过程的分子动力学模拟

采用常温、常压分子动力学模拟方法和FS(Finnis Sinclair)势 ,研究了在周期性边界条件下由 5 0 0个原子构成的液态Cu模型系统的凝固过程 ,考察了不同降温速率下Cu的凝固行为 ,得到了不同温度、不同冷却速率下Cu的双体分布函数 ;采用HA键型指数法统计了各种小原子团在不同温度下所占比例 ,采用键取向序分析了体系降温全过程的局域取向对称性 ,得到原子体系微观结构组态变化的重要信息 ;最后 ,利用能量分析的方法对体系微观结构的变化进行了说明 ,给出了液态Cu冷凝过程中微观结构转变的重要信息 .     

汽液界面热毛细波的分子动力学模拟

用分子动力学模拟方法研究汽液界面性质,在NVT系综中,以氩原子为对象,对长方形模拟盒中汽液平衡系统进行不同温度下的模拟计算。计算结果表明,汽液界面存在热毛细波。界面上的热涨落将使界面变宽,它不仅与界面张力有关,还与温度、界面的横截面积有关。可以把汽液界面上热毛细波的均分根涨落值,作为汽液界面的宽度和粗糙度的指标。