扭转形变对石墨烯吸附O原子电学和光学性质影响的电子理论研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了扭转形变对石墨烯吸附O体系结构稳定性、电子结构和光学性质,包括吸附能、带隙、吸收系数及反射率的影响.研究发现,吸附O原子后,距O原子最近的C原子被拔起,导致石墨烯平面发生扭曲.吸附能计算表明,扭转形变使石墨烯吸附O原子体系结构稳定性下降,而扭转程度对结构稳定性影响微弱.能带结构分析发现,O原子的吸附使石墨烯由金属变成半导体,扭转形变发生时,可实现其从半导体到金属、再到半导体特性的转变.扭转角为12°的吸附O原子体系为间接带隙,而其他出现带隙的体系均为直接带隙.与本征石墨烯受扭体系相比,吸附O原子体系的电子结构对扭转形变的敏感度降低,其中扭转角在10°—16°范围内变化时,带隙始终稳定在0.11 eV附近,即在此扭转角范围内始终对应窄带隙半导体.在光学性能中,受扭转形变的吸附体系吸收系数和反射率峰值较未受扭转形变石墨烯吸附O原子体系均减弱,且随着扭转程度的加剧,均出现红移到蓝移的转变.     

螺旋弹簧变形的一种推导

用自制的演示仪器,容易说明弹簧的形变主要是由金属丝的扭转引起的,借助于量纲分析及螺旋弹簧变形机理的二维模型,直接推导出螺旋弹簧的变形公式与劲度系数。     

Molecular dynamics simulation on mechanicalproperty of carbon nanotube torsional deformation

In this paper torsional deformation of the carbon nanotubes is simulated by molecular dynamics method. The Brenner potential is used to set up thesimulation system. Simulation results show that the carbon nanotubes can bear larger torsional deformation, for the armchair type (10,10) single wall carbon nanotubes, with a yielding phenomenon taking place when the torsional angle is up to 63$^{\circ}$(1.1rad). The influence of carbon nanotube helicity in torsional deformation is very small. The shear modulus of single wall carbon nanotubes should be several hundred GPa, not 1\,GPa as others reports.