形变碳纳米管中水的输运行为研究

水分子通过碳纳米管的运输行为对认识生命的新陈代谢活动、海水淡化和纳米运输器件有着重要的参考作用. 本文通过分子动力学的方法研究了水分子通过形变碳纳米管的运输行为, 即椭圆柱状碳纳米管的离心率e对管内水分子输运的影响. 结果发现椭圆柱状碳纳米管的离心率对管内水分子的偶极矩概率分布、径向函数分布和流量有重要的影响作用. 分析认为碳纳米管的形变使管内水分子的偶极矩态及其运输状态发生变化; 同时也发现在一定范围内通过改变碳纳米管的形状能起到分子开关的作用.     

径向压缩碳纳米管的电子输运性质

研究径向压缩形变对碳纳米管电子输运性质的影响对搭建微纳碳基电子器件具有重要意义.本文利用分子动力学模拟方法研究了碳纳米管与金属界面接触构型,得出碳纳米管径向压缩形变的规律.模拟结果表明:碳纳米管在水平接触金属表面后,其稳定状态下的径向压缩形变大小会受接触长度、管径大小、金属种类和片层数量的影响.基于紧束缚密度泛函理论和...     

变形碳纳米管的研究

给出了一些用透射电子显微镜观察到的变形碳纳米管结果，它们在形态上可以分为径向形变和轴向形变两类．这种在氩气氛电弧放电阴极沉积物中生成的变形纳米管，可以用我们建议的模型定性地加以解释 关键词：     

碳纳米管阵列水渗透性质的研究

碳纳米管阵列组成的碳纳米管分子膜在生物学分子器件等方面有重要应用. 本文利用分子动力学方法计算研究水分子对(11, 11)碳纳米管阵列的渗透过程. 结果发现, 只有当阵列间隙面积大于57.91 Ų时, 水分子才能进入阵列间隙中, 并揭示了碳管内部、阵列间隙内水分子结构随相邻碳管间距变化的演化趋势以及管内外水分子电偶极矩的分布特性.     

碳纳米管的稳定性研究

石墨晶体结构遭到破坏时，总是碎化为微小尺寸的片状粉末.孤立的石墨烯片在其边缘存在大量的悬挂键，使得石墨烯片的能量较高，状态也不稳定.石墨烯片卷曲形成碳纳米管后，悬挂键减少，系统能量相应降低.另一方面，石墨烯片卷曲形成碳纳米管将产生相应的形变势能，形变势能的产生将抵消由于减少石墨烯片边缘上的悬挂键所带来的能量降低，使碳纳米管的能量可能高于石墨烯片的能量，导致碳纳米管结构的不稳定.在建立碳纳米管生成的力学模型并进行深入理论分析的基础上得出了碳纳米管可以稳定存在的最小直径约为0.32nm的结论.     

碳纳米管的稳定性研究

石墨晶体结构遭到破坏时,总是碎化为微小尺寸的片状粉末.孤立的石墨烯片在其边缘存在大量的悬挂键,使得石墨烯片的能量较高,状态也不稳定.石墨烯片卷曲形成碳纳米管后,悬挂键减少,系统能量相应降低.另一方面,石墨烯片卷曲形成碳纳米管将产生相应的形变势能,形变势能的产生将抵消由于减少石墨烯片边缘上的悬挂键所带来的能量降低,使碳纳米管的能量可能高于石墨烯片的能量,导致碳纳米管结构的不稳定.在建立碳纳米管生成的力学模型并进行深入理论分析的基础上得出了碳纳米管可以稳定存在的最小直径约为0.32nm的结论. 关键词： 碳纳米管 稳定性 形变势能 键能     

碳纳米管量子点的电子输运

在紧束缚近似下,利用常量相互作用模型和Landauer-Bütticker公式,计算了扶手椅型和金属锯齿型碳纳米管量子点的电导。发现,根据碳纳米管量子点的长度的不同,扶手椅型碳纳米管量子点的电导可以具有两电子或四电子的壳层结构。而锯齿型碳纳米管量子点的电导却仅有四电子的壳层结构,与长度无关;这些理论结果与之前的实验结果符合的很好。     

单壁碳纳米管非线性力学行为的数值模拟

单壁碳纳米管的力学行为是纳米复合材料和纳米器械的基本问题之一.使用有限元方法系统地研究了单壁碳纳米管的轴压和纯弯变形,并将有限元模拟结果和分子动力学模拟结果进行了比较.研究结果表明单壁碳纳米管的轴压屈曲载荷受直径变化的影响;单壁碳纳米管在弯曲载荷作用下的屈曲和后屈曲行为强烈地依赖于管长和管径的变化,合理地选择碳纳米管的弹性模量和壁厚,有限元方法能够很好地解释碳纳米管的屈曲机理.研究大尺度的纳米力学问题时,有限元方法将会成为更加准确、快捷的数值模拟方法. 关键词： 单壁碳纳米管 非线性力学行为 有限元     

单壁碳纳米管非线性力学行为的数值模拟

单壁碳纳米管的力学行为是纳米复合材料和纳米器械的基本问题之一.使用有限元方法系统地研究了单壁碳纳米管的轴压和纯弯变形，并将有限元模拟结果和分子动力学模拟结果进行了比较.研究结果表明单壁碳纳米管的轴压屈曲载荷受直径变化的影响；单壁碳纳米管在弯曲载荷作用下的屈曲和后屈曲行为强烈地依赖于管长和管径的变化，合理地选择碳纳米管的弹性模量和壁厚，有限元方法能够很好地解释碳纳米管的屈曲机理.研究大尺度的纳米力学问题时，有限元方法将会成为更加准确、快捷的数值模拟方法.     

有限长双壁碳纳米管的电子输运性质

基于Landauer公式，研究了有限长的非公度和公度双壁碳纳米管的电子输运性顾，结果表明 ，双壁管的几何结构对其电子输运性质有显著的影响：非公度的双壁碳管的电导随能量的不 同，既可以是弹道型的，也可以是非弹道型的；由armchair管组成的公度的双壁碳管的电导 随能量变化呈现快速的电导振荡，并且此快速振荡叠加在背景慢振荡上，而zigzag管组成的 公度双壁管的电导随能量变化只有快速振荡、没有规则的慢振荡背景. 关键词： 碳纳米管 电子输运性质     

Structural and vibrational properties of deformed carbon nanotubes

The fantastic variation of the physical properties of carbon nanotubes (CNTs) and their bundles under mechanical strain and hydrostatic pressure makes them promising materials for fabricating nanoscale electromechanical coupling devices or transducers. In this paper, we review the recent progress in this field, with much emphasis on our first-principles numerical studies on the structural and vibrational properties of the deformed CNTs under uniaxial and torsional strains, and hydrostatic pressure. The nonresonant Raman spectra of the deformed CNTs are also introduced, which are calculated by the first-principles calculations and the empirical bond polarizability model.      

Spin-polarized transport in carbon nanotubes

We present transport measurements of ferromagnetically contacted carbon nanotubes. In both single- and multi-walled nanotube devices, a spin valve effect is observed due to spin-polarized transport. In one single-walled nanotube device, the spin-valve effect is suppressed as the influence of Coulomb charging is observed at around 10 K. To help understand the interplay between the Coulomb charging and the spin-polarized transport we investigated the temperature dependence of the carbon nanotube magnetoresistance.     

液体水银在碳纳米管中传输的压力控制模型

碳纳米管在纳米技术中有一个很重要的应用,就是它可以作为纳米管道传输液体. 本文用分子动力学模拟方法,结合一个液体压力控制模型,对液体水银由于外部压力作用在碳纳米管中传输的现象进行研究. 研究结果表明,当液体水银的内部压强超过一个临界值时,液体水银能够浸入到碳纳米管内部;不断增大液体内部的压强,碳纳米管可以连续地传输液体;而当对液体水银进行循环加压时,碳纳米管可以间断地传输液体水银. 关键词： 碳纳米管 流体传输 分子动力学     

液体水银在碳纳米管中传输的压力控制模型

碳纳米管在纳米技术中有一个很重要的应用，就是它可以作为纳米管道传输液体. 本文用分子动力学模拟方法，结合一个液体压力控制模型，对液体水银由于外部压力作用在碳纳米管中传输的现象进行研究. 研究结果表明，当液体水银的内部压强超过一个临界值时，液体水银能够浸入到碳纳米管内部；不断增大液体内部的压强，碳纳米管可以连续地传输液体；而当对液体水银进行循环加压时，碳纳米管可以间断地传输液体水银.     

开口悬挂端对单壁碳纳米管电子输运特性的影响

采用紧束缚模型研究了悬挂端对单壁碳纳米管电子输运特性的影响.结果表明：有限长悬挂端开口碳纳米管的电导在费米能级附近作周期性振荡.椅型(armchair)碳纳米管的振荡同时具有快、慢两个准周期，而锯齿型(zigzag)碳纳米管的振荡仅有一个周期；碳纳米管电导在费米能级附近的振荡周期随着悬挂端的增长而减小.研究还发现：有限长悬挂端开口碳纳米管的平均电导随探针与碳纳米管间耦合强度的增加而增大，其大小约为无限长悬挂端开口碳纳米管平均电导的两倍. 关键词： 输运特性 碳纳米管 紧束缚模型     

Electronic transport properties of metallic single-walled carbon nanotubes

We have calculated the differential conductance of metallic carbon nanotubes by the scatter matrix methon.It is found that the differential conductance of metallic nanotube-based devices oscillates as a function of the bias voltage between the two leads and the gate voltage.Oscillation period T is directly proportional to the reciprocal of nanotube length.In addition,we found that electronic transport properties are sensitive to variation of the length of the nanotube.     

Effect of molecular structure on fluid transport through carbon nanotubes

We perform molecular dynamics simulations to study the transport of geometrically modified water models through channels of carbon nanotube (CNT) membranes. We use two modifications to an existing water model (extended simple point charge SPC/E) as representative surrogates of molecular fluids: (1) bent model (model B) in which the HOH angle is varied while keeping the dipole moment constant by adjusting the OH bond length and (2) modified bent model (model MB) in which the HOH angle changes without any change in OH bond length thereby changing the dipole moment. Interestingly, we find that the fluid transport is a nonmonotonic function of the bond angle for both fluid models. This observed trend is not anticipated based on the fluid density as a function of the bond angle inside and outside of the nanotube channel. However, the average residence time of transmitted molecules through the channel provides an approximately inverse linear correlation with the observed flux, independent of the fluid model. Based on these correlations, we have developed an empirical design parameter connecting fluid transport through CNTs as a function of average occupancy (number of fluid molecules inside the nanotube) and the average residence time. Our results suggest that transport through carbon nanotubes can be sensitive to small changes in the structure of fluid molecules that can potentially be utilised for mixture separation.     

通量可控的双壁碳纳米管水分子泵

以双壁碳纳米管作为基本单元设计了一种新型纳米机械水泵, 其内管固定作为水分子通道, 外管做活塞式轴向运动. 分子动力学计算表明, 水分子净通量及管内水分子电偶极矩分布均与外管运动速率有强烈耦合效应. 该设计可以实现水分子的高效单向运输, 且输运效率可以通过外管活塞运动的速率进行调控. 这些发现可为未来实用纳米分子泵器件的设计提供新的思路.     

Electron transport in armchair single-wall carbon nanotubes

The rates of electron scattering via phonons in the armchair single-wall carbon nanotubes were calculated by using the improved scattering theory within the tight-binding approximation. Therefore, the problem connected with the discrepancy of the scattering rates calculated in the framework of the classical scattering theory and ones predicted by experimental data was clarified. Then these results were used for the solving of the kinetic Boltzmann equation to describe electron transport properties of the nanotubes. The equation was solved numerically by using both the finite difference approach and the Monte Carlo simulation procedure.