单壁碳纳米管的振动频率

将修正的分子结构力学方法(MMSMM)扩展用来分析单壁碳纳米管的动态特性. 应用MMSMM方法分析了悬臂单壁碳纳米管的振动特性，对计算得到的单壁碳纳米管振动的基频进行了讨论. 发现单壁碳纳米管振动的基频与碳管的直径和长度有关，呈现出一定的尺度依赖性，当管径很小的时候，单壁碳纳米管的振动基频可以达到GHz.并尝试用有限元方法模拟碳管的振动问题. 两种方法得到的结果表明，在常用的原子模拟方法(如分子动力学方法)解决碳纳米管振动问题遇到困难时，通过扩展修正可以简单的处理这类问题，并可以保持很好的精度.     

模拟研究碳纳米管的热稳定性质

运用分子动力学方法具体模拟研究单个碳纳米管（CNTs）在加热过程中的结构变化．选择多组不同结构的单壁碳纳米管（SWCNTs）和双壁碳纳米管（DWCNTs）作为研究对象,加热温度从室温开始到4000 K,压强保持为1 atm．结果表明单壁碳管中手性型结构热稳定性最好,其次是扶手椅型和锯齿型,当手性角相同时,直径大的热稳定性更高;对于双壁碳管,研究表明当双壁中至少之一为手性结构时其热稳定好,而内外壁均为锯齿结构的稳定性最差,该结果进一步支持了有关单壁碳管的结论;还从理论上探索了描述结构热稳定性的方式,并在键层 关键词： 单壁碳纳米管 双壁碳纳米管 分子动力学方法 热稳定性能     

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.     

分子印迹-碳纳米管修饰电极检测扑热息痛

以扑热息痛为模板,邻苯二胺为单体,采用电聚合法制备了分子印迹-多壁碳纳米管复合膜修饰电极,研究了扑热息痛在该修饰电极上的电化学行为。结果表明,该修饰电极对扑热息痛的电极反应具有明显的电催化活性。该修饰电极对扑热息痛的方波伏安检测线性范围为2.0×10-6—8.0×10-5mol/L,检出限为1.0×10-8mol/L。该修饰电极显示了良好的稳定性和重现性。     

分子碰撞振动激发的一种计算方法

研究原子和双原子分子碰撞的振动激发过程，需要求争一组振动耦合微分方程组，给出了此方程组的一种数值求解方法，推导了ＩＯＳ近似下的振动激发截面公式，将方程化简为无量纲形式，然后给出了解方程的方法，最后给出应用这种方法计算的一个例子，并与实验结果进行了比较。     

基于碳纳米管分子封装的一维电子波函数扫描

利用第一性原理,设计并研究了一类基于单臂碳纳米管的分子封装的分子体系．计算表明,半环葫芦脲类化合物可有效封装碳纳米管,引入微弱的分子间相互作用,对碳纳米管的电子态能级结构分布 仅带来微弱影响．半环葫芦脲分子与碳纳米管在管径方向的一维电子态波函数充分耦合,进而有效改变了一些前沿分子轨道的波函数在管径两头的分布以及相应的电子布居浓度．基于电子输运的模拟,发现半环葫芦脲分子在碳纳米管一维方向滑动时的某个电压下的电导变化可准确反映电子态波函数在相应分子导电通道上的一维分布信息．     

一种新型的三壁碳纳米管螺旋振荡器:分子动力学模拟

本文提出了一种新型的三壁碳纳米管螺旋振荡器,通过对内管施加轴向激励和中管施加旋转激励的方式,来同时获得内管和中管的螺旋信号输出.采用分子动力学方法研究了该振荡器在拉转耦合下的振荡行为.在模拟过程中,固定的外管充当振荡器定子的作用,内管和中管在分别施加一定的初始激励后保持自由振荡.模拟结果表明,在内管拉出距离一定的情况下,内管的自激发旋转频率随着中管初始旋转激励频率的增加而增加,且最终趋于一个稍低于旋转激励的稳定值.当施加的初始旋转频率在400 GHz以内时,内管达到稳定的旋转频率ω_I与旋转激励频率ω_M0的关系为ω_I=46e⁽0.0045ω_M0).尽管提高初始旋转激励频率可以提高内管的旋转频率,但随着中管初始旋转频率的增加内管的轴向性能下降,不稳定振荡加剧.同时中管轴向振荡的稳定性与施加在其上面的初始旋转激励的频率有关,过高的初始旋转频率不仅会加大非轴向摆动距离,导致轴向振荡性能下降,而且旋转损耗比也将随着初始旋转频率的增加而增加.因此,合理的控制初始旋转频率的幅值是设计低损耗三...     

一种基于碳纳米管的随机存储器

利用碳纳米管之间范德瓦耳斯力,设计了一种基于碳纳米管的可读写的随机存储器,研究了系统的双稳性,讨论了存储器的优点和可行性,并得出系统具有良好存储效应所应满足的条件 关键词： 碳纳米管 范德瓦耳斯力 动态随机存储器     

一种碳纳米管场效应管半经典模型计算方法

基于弹道输运的碳纳米管场效应管半经典模型求解自洽电势通常采用牛顿-拉夫逊迭代法,每次迭代都需要对态密度方程积分计算,运算量巨大.我们用支持向量回归机近似表达自洽电势与载流子密度之间的关系,不需要反复迭代积分,并用梯度下降法求解自洽电势.仿真结果表明,与牛顿-拉夫逊迭代法比较,该方法精度较高,有效降低了运算量,为今后大规模集成电路中碳纳米管器件的设计和应用奠定理论基础.     

Analysis of Single-Walled Carbon Nanotubes Using a Chemical Bond Element Model

提出了一种纳米尺度的有限元方法,碳纳米管中的碳-碳化学键被模拟为键单元．按照平衡关系,根据有限元理论,作用于每个碳原子上的作用力可以写成键单元的刚度矩阵与每个碳原子位移的乘积．在分子力学的基本假设下,键单元刚度矩阵的每个元素可以写为分子力学中力场常数的函数,这样建立起了宏观力学方法(有限元)与纳米尺度力学方法(分子力学)之间的联系．应用该方法模拟了扶椅型与锯齿型单壁碳纳米管的力学行为从而验证了该方法的有效性．分析结果说明单壁碳纳米管的弹性模量与管厚度的选取直接相关．此外,弹性模量对所选取的分子力学中的力场常数非常敏感,管的弹性模量显示出对半径的尺度依赖性,但是管长度对弹性模量的影响小到可以被忽略．     

乙醇水混合物在碳纳米管中的吸附与结构性质

用分子动力学模拟研究乙醇水混合物在碳纳米管中的结构与吸附．在(6,6)到(10,10)碳纳米管内,几乎总是充满乙醇分子,很少有水分子．在更粗的碳纳米管中有一些水分子,管内的乙醇质量分数远远高于体相值．对管内外的分子进行了径向、轴向、角向的密度和取向的分布以及氢键数目的分析．管外第一溶剂化层中分子的角向密度分布指出乙醇分子的甲基和碳壁有最强的作用,被钉扎在碳纳米管的六角形中心位置．基于对这些现象微观机制的理解,推测碳纳米管在甲醇和乙醇中更倾向吸附乙醇,通过对乙醇甲醇混合物与碳纳米管的分子动力学模拟验证了这个预测．     

碳纳米管与有机小分子官能团相互作用的分子动力学研究

利用Material Studio软件先对不同半径的碳纳米管进行结构优化,再对优化后的纳米管进行分子动力学模拟。得到如下结论：经过优化后小半径纳米管结构基本不变,但是随着半径增大纳米管形变越来越明显。同时通过对多根管簇研究后发现也有相似动力学特性。在以上纳米管结构外面加上一定密度随机排列的对苯二甲酸二辛酯（DOTP）有机分子,发现DOTP有机分子与不同结构、不同半径的纳米管之间都存在相互作用,纳米管半径越大相互作用力也越大,同时DOTP分子在纳米管周围排列也逐渐从无序趋于有序。通过计算以上结构的径向分布函数（RDF）等热力学特性,定性和定量地验证了以上结果。     

基于碳纳米管的柔性平面微型超级电容器

超薄电子器件的蓬勃发展和日益增长的人性化需求极大促进了可穿戴柔性微器件的发展,但是沉积电极材料在柔性基板上的技术仍处于起步阶段. 本文通过结合四面体制备器辅助涂层法和激光切割叉指构型技术,大规模地将碳纳米管沉积到商用印刷纸上作为电极,切割组装获得了柔性对称微型超级电容器. 制得的微型超级电容器的电化学性能可以通过简单地选择不同的四面体制备器模型制备不同厚度的碳纳米管薄膜进行调控. 优化获得的碳纳米管薄膜基微型超级电容器在0.02 mA的电流下,具有高达4.56 mF/cm²的面电容. 微型超级电容器经过连续10000次循环,器件的性能仍然可以保持接近100%. 四面体制备器辅助涂层方法和激光切割叉指构型技术为制备经济的微电子器件提供了新的视角. 附着碳纳米管的纸电极实现了可调控的面电容,在未来制备平面构型的不对称微超级电容器方面展示了广阔的应用前景.     

Radiation Properties of Carbon Nanotubes Antenna at Terahertz/Infrared Range

The geometric structure and the terahertz/infrared radiation characteristics of carbon nanotubes dipole antenna arrays have been investigated by CST MICROWAVE STUDIO based on finite integral methods. In terahertz and infrared frequency span, the antenna properties such as electrical field distributions, scattering parameters, standing wave ratio, gain, and two dimension directivity patterns are discussed. Our results show that N × N antenna arrays have higher radiation efficiency than single carbon nanotube dipole antenna. This work was supported by National Natural Science Foundation of China (60571026, 10396160).     

单壁碳纳米管中暗激子变亮的多体格林函数理论研究

本文发现了吸附在碳纳米管外壁和管内的有机分子可以调控碳纳米管的光学性质. 本文以手性为(7,0)的单壁碳纳米管与有机分子方酸菁和聚噻吩组成的复合物为例,利用从头算多体格林函数理论研究了物理吸附的有机分子对碳纳米管光激发性质的影响. 碳纳米管的E₁₁和E₂₂吸收峰红移了几十个毫电子伏特. 重要的是,碳纳米管与分子之间的弱相互作用使得(7,0)管原来能量低于E₁₁峰的暗激子获得一定的振子强度,成为亮激子,从而在低能量处产生一个较弱的卫星吸收峰. 吸附分子的类型影响该卫星峰的能量. 这些发现可为调控碳纳米管的发光波长和发光效率提供有价值的信息.     

Composition Dependent Magnetic Properties of Ni-Co-P Coated Carbon Nanotubes

用化学镀方法在碳纳米管表面沉积了具有不同镍/钴成分配比的镍钴磷合金层．讨论了Co²⁺与Ni²⁺的浓度比、镀液温度、pH值对沉积速率的影响．并利用场发射扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、能谱仪和磁性测量仪对镍钴磷包覆碳纳米管进行了系统的结构和性能表征．结果表明：当镀液中Co²⁺与Ni²⁺的浓度比为1,pH值为9时沉积速率最大;镀液温度的升高会使沉积速率增大．磁性测试结果显示碳纳米管表面镀覆Ni-Co-P镀层后,其磁性能对镀层中的Ni、Co相对含量有强烈的依赖性．当Co²⁺: Ni²⁺=2:1时,饱和磁化强度最大．矫顽力分别在Co²⁺: Ni²⁺=1:2和Co²⁺: Ni²⁺=4:1时有2个峰值; 而磁导率分别在Co²⁺: Ni²⁺=1:4和Co²⁺: Ni²⁺=4:1时有2个峰值．     

纳米碳管的制备及其场发射性能研究

将Ni(NO3)2-Mg(NO3)2体系作为催化剂前驱体,在不同气源比例下用CVD催化裂解法制备纳米碳管,用SEM、TEM和喇曼光谱对其进行了表征和分析,制备出完整性好的纳米碳管.再用两种工艺和配方制备其场发射阴极,对阴极样品进行了场发射性能测试.结果表明,经过氢处理在Si基上制备的CNT阴极发光效果好,且具有良好的场发射性能.