单壁碳纳米管弹性性质的羟基接枝效应

用分子动力学方法研究了端口接枝不同数量羟基对扶手椅型和锯齿型单壁碳纳米管弹性模量的影响.结果表明,未接枝的扶手椅型(5, 5),(10,10)管和锯齿型(9, 0),(18, 0)管杨氏模量分别为948,901和804,860GPa.在接枝2—8个羟基情况下,锯齿型单壁碳纳米管拉伸杨氏模量基本不随接枝数量增加发生变化,而扶手椅单壁碳纳米管则不同,接枝状态下的弹性模量比未接枝状态小很多,但接枝一定数量后,其杨氏模量又略增到某一稳定值.分别从接枝后碳纳米管变形电子密度等值线结构、C—C键长和系统结合能变化规律等方面,对单壁碳纳米管弹性模量的接枝效应进行了分析. 关键词： 碳纳米管 羟基 接枝效应 杨氏模量     

单壁碳纳米管轴向压缩变形的研究

采用Tersoff-Brenner势函数描述碳纳米管中碳原子间的相互作用，通过分子动力学方法对不同螺旋型的单壁碳纳米管的轴向压缩变形行为进行了研究.研究发现单臂碳纳米管的杨氏模量低于锯齿形碳纳米管，根据微观结构特征的差异对这一结果进行了分析.同时从能量和结构变化两方面对碳纳米管受压失稳进行了分析，揭示出碳纳米管失稳的微观特征. 关键词： 纳米管 分子动力学 杨氏模量 屈曲     

单壁碳纳米管内流体流动的手性效应

纳米尺度范围内流道分子结构形成的粗糙度将会影响其中的流体流动。本文采用分子动力学方法,以氩为工质,模拟了不同手性的单壁碳纳米管（SWCNT）内流体的流动。结果表明：由于范德瓦耳斯力的作用,流体分子与壁而间有一定的距离。可以看出在壁面附近有两个明显的分层,这是纳米流动中持有的流体密度分层现象。由于不同手性碳纳米管的分子排...     

基于第一性原理研究单壁碳纳米管的力学性质

用基于第一性原理的Crysta103软件中的Hartree-Fock近似和密度泛函与Hartree-Fock混合近似两种方法计算一系列碳纳米管的杨氏模量,对两种近似方法的计算结果进行比较.Hatree-Fock近似计算的杨氏模量与实验和其它理论结果符合较好;密度泛函和Hartree-Fock混合近似计算的杨氏模量偏小,...     

单壁碳纳米管受压屈曲行为的数值模拟

采用以Tersoff Brenner势函数来描述碳纳米管中碳原子间的相互作用的分子动力学方法,模拟了单壁 碳纳米管(SWCNTs)的受压屈曲行为.计算结果表明,单壁碳纳米管的杨氏模量随着管径的增大而减小;碳纳米 管屈曲的临界应力和临界应变与碳纳米管细长比有关,不同的细长比决定了碳纳米管结构不同的屈曲模态;碳纳 米管的受压屈曲机理和连续介质力学中柱体壳的受压屈曲理论随细长比的不同而存在一些异同.     

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。     

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.     

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     

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     

掺杂缺陷对碳纳米管导热系数的影响分析

采用非平衡态分子动力学方法模拟了含有掺杂缺陷的碳管的导热系数,分析了不同缺陷原子、缺陷浓度,环境温度、碳管手性以及长度等对导热系数的影响.结果表明,掺杂硼、氮和钾原子导致碳管整体导热系数显著下降;由于掺杂原子的影响,碳管温度在掺杂缺陷处出现间断性跳跃;对于手性不同的碳管,扶手椅型碳管对掺杂缺陷最为敏感,导热系数下降幅度...     

空位结构缺陷对C纳米管弹性性质的影响

用分子动力学方法对不同空位缺陷的扶手椅型与锯齿型单壁C纳米管杨氏弹性模量进行了计算和分析. 结果表明：扶手椅型（5, 5）, （10,10）和锯齿型（9, 0）, （18, 0） 纳米管在无缺陷时其杨氏模量分别为948,901和804,860 GPa. 随管径的增大,扶手椅型和锯齿型单壁C纳米管弹性模量分别减小和增大,表现出完全不同的变化规律. 随着C纳米管中单点空位缺陷的均匀增加,杨氏模量下降,当缺陷比率增加到一定程度时,杨氏模量下降骤然趋缓,形成一下降平台;双空位缺陷对C纳米管杨氏模量的影响与其分布方向有关;随单点空位缺陷间原子数的增加,在轴向上,杨氏模量下降到某一值小幅波动,而在周向上杨氏模量先下降,然后上升到某一稳定值. 随两单点空位缺陷的空间距离进一步增大,杨氏模量又呈微降趋势. 通过分子间σ键与π键特征及缺陷间近程电子云耦合作用规律与空位缺陷内部5-1DB缺陷的形成特点等理论对上述规律进行了分析. 关键词： 空位缺陷 C纳米管 分子动力学 杨氏模量     

Effect of ending surface on energy and Young's modulus of single-walled carbon nanotubes studied using linear scaling quantum mechanical method

By using a linear scaling self-consistent charge, density functional tight-binding (SCC-DFTB) method and an ab intio Dmol3 calculation, the energy and Young's modulus as a function of tube length for (10, 0) single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are investigated. It was found that with increasing the length of SWCNTs the Young's modulus increases rapidly, then, there is a slow increase, which ultimately approaches a constant value after the length is increased to ~20 nm, whereas a reversed variation tendency was found for the average energy of atoms in SWCNTs with a change of the tube length. We found that the characters of the length-dependent energy and Young's modulus stem from the changed P_y-DOS of atoms in the ending region of the tube. Here one simple formula is proposed for quantitatively explaining the length-dependent energy and modulus.     

利用CCD光电测量系统测量杨氏弹性模量

提出一种测量微小伸长量的光电测量方法,即利用CCD光电测量系统将单缝衍射的光强分布转换为电信号,经过计算机处理后输出光强分布曲线,从相邻波谷读出衍射条纹间隔,通过软件的简单操作直接输出测量结果.实现了数据采集及运算结果的实时化、半自动化,并克服了传统方法的测量困难和数据处理的复杂计算.利用这一方法测定了钢丝的杨氏弹性模量,与标称值符合得较好.     

Molecular dynamics studies on the thermal conductivity of single-walled carbon nanotubes

We have studied the thermal conductivity of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) using the NEMD method. The results indicate that the thermal conductivity values are not profoundly influenced by the specific simulation-technique used in the MD simulations. Some possible reasons, which could be responsible for the discrepancy on thermal conductivity values of SWCNTs in the literatures, are discussed.      

Field—ion microscopy observation of single—walled carbon nanotubes

Field-ion microscopy(FIM),a tool for surface analysis with atomic resolution,has been employed to observe the end structure of single-walled carbon nanotubes(SWCNTs).FIM images revealed the existence of open SWCNT ends,Amorphous carbon atoms were also observed to occur around SWCNTs and traditional field evaporation failed to remove them.Heat treatment was found to be efficacious in altering the end structures of SWCNT bundles.Carbon and oxygen atoms released from heated tungsten filament are believed to be responsible for the decoration imposed on the SWCNT ends.     

Molecular Dynamics Study of Effects of Si-Doping Upon Structure and Mechanical Properties of Carbon Nanotube

In this paper, a Si-doped single-walled carbon nanotube (SWCNT) (7,7) and several perfect armchair SWCNTs are investigated using the classical molecular dynamics simulations method. The inter-atomic short-range interaction is represented by empirical Tersoff bond order potential. The computational results show that the axial Young's modulus of the perfect SWCNTs are in the range of 1.099 ± 0.005 TPa, which is in good agreement with the existing experimental results. From our simulation, the Si-doping decreases the Young's modulus of SWCNT, and with the increased strain levels, the effect of Si-doped layer in enhancing the local stress level increases. The Young's modulus of armchair SWCNTs are weakly affected by tube radius.     

基于纳米压痕法的多孔硅硬度及杨氏模量与微观结构关系研究

采用电化学腐蚀制备多孔硅，利用场致发射扫描式电子显微镜(field emission scanning electron microscope，FESEM)观测多孔硅的二维微观形貌，利用Nano Indenter XP中的纳米轮廓扫描仪组件(nano profilometry, NP)得到其三维拓扑分析图像，分析了微观结构差异的原因并讨论了多孔硅内部微观结构对其机械性能的影响；利用MTS Nano Indenter XP纳米压入测量仪器，研究了多孔硅的显微硬度和杨氏模量随压入深度的变化规律，比较了不同孔隙率多孔硅的机械性能差别.实验结果测得40mA/cm²，60mA/cm²，80mA/cm²和100mA/cm²四个不同腐蚀电流密度条件下制备多孔硅样品的孔隙率在60%—80%范围内，孔隙率随着腐蚀电流密度的增加而增大；在氢氟酸(HF)浓度为20%的条件下制备出多孔硅样品的厚度在40μm—50μm范围内；测得多孔硅的平均硬度、平均杨氏模量分别在0.478GPa—1.171GPa和10.912GPa—17.15GPa范围内，并且其数值随腐蚀电流密度的增加而减小，在纳米硬度范围内随压入深度的增加而减小，在显微硬度范围内其数值保持相对恒定，分析了样品表面、厚度、微观结构，及环境对其机械性能的影响，得到了多孔硅力学性能随其微观尺度形貌的变化规律. 关键词： 多孔硅 微观结构 硬度 杨氏模量     

Influence of chirality on the thermal conductivity of single-walled carbon nanotubes

The influence of chirality on the thermal conductivity of single-walled carbon nanotubes(SWNTs) is discussed in this paper, using a non-equilibrium molecular dynamics(NEMD) method. The tube lengths of the SWNTs studied here are 20, 50, and 100 nm, respectively, and at each length the relationship between chiral angle and thermal conductivity of a SWNT is revealed. We find that if the tube length is relatively short, the influence of chirality on the thermal conductivity of a SWNT is more obvious and that a SWNT with a larger chiral angle has a greater thermal conductivity. Moreover, the thermal conductivity of a zigzag SWNT is smaller than that of an armchair one. As the tube length becomes longer, the thermal conductivity increases while the influence of chirality on the thermal conductivity decreases.