多壁碳纳米管与振荡管热稳定性的模拟研究

论文摘要

本文采用经典分子动力学方法,研究了多壁碳纳米管在高温下形变以及热稳定性,探究了温度对碳纳米管内填充铂金属团簇振子构成的振荡管振荡周期的影响。研究了多壁碳纳米管在高温下形变以及热稳定性。采用EDIP势函数描述碳纳米管内碳原子之间相互作用,对多壁碳纳米管由于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,高温下多壁碳纳米管外层管Stone-Wales缺陷处碳原子剧烈振荡导致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指数和原子平均内能作为判据,得出多壁碳纳米管外层管出现剥落蒸发的温度为2290K左右,与Huang Jianyu等人实验中观测到多壁碳纳米管外层管剥落蒸发现象产生时的温度2000℃吻合。研究了温度对由碳纳米管与Pt金属团簇振子构成的振荡管振荡周期的影响。研究发现,随着温度的升高,（8,8）碳纳米管振荡管振荡周期由降低渐变为平稳,在400-800K之间能够保持平稳状态,而800K之后振荡管振荡周期增大并出现较大涨落。Pt金属团簇振子的结构对碳纳米管振荡管振荡周期产生很大的影响,通过研究碳纳米管中的Pt金属团簇的Lindemann指数与径向分布函数发现,较大Pt金属团簇振子的Lindemann指数出现转折点的温度与振荡管周期出现不稳定的温度点是一致的,并且通过径向分布函数发现在800K之后Pt金属团簇振子结构变成无序的非晶结构,碳纳米管中的Pt金属团簇的熔化改变了碳纳米管振荡管的振荡周期。研究结果对开发碳纳米管电子器件有指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 碳纳米管与碳纳米管振荡管
• 1.2.1 碳纳米管简介
• 1.2.2 碳纳米管碳原子成键
• 1.2.3 碳纳米管缺陷
• 1.2.4 碳纳米管的稳定性
• 1.2.5 碳纳米管振荡管
• 1.3 研究方法
• 1.3.1 分子动力学方法简介
• 1.3.2 分子动力学方法基本原理
• 1.4 本文研究内容、目的及意义
• 第2章 多壁碳纳米管外壁高温蒸发
• 2.1 引言
• 2.2 结构模型与理论方法
• 2.2.1 结构模型
• 2.2.2 模拟方法
• 2.2.3 热稳定性判据
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 Stone-Wales缺陷的形成
• 2.3.2 剥落蒸发温度判断
• 2.3.3 剥落蒸发形貌分析
• 2.3.4 局部研究
• 2.4 小结
• n@CNT振荡管热稳定性'>第3章 Pt_n@CNT振荡管热稳定性
• 3.1 引言
• 3.2 计算方法
• 3.3 计算模型
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 振荡运动
• 3.4.2 温度对振荡周期的影响
• 3.4.3 团簇结构对振荡周期的影响
• 3.4.4 团簇大小对振荡周期的影响
• 3.5 小结
• 第4章 总结与展望
• 4.1 总结
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间完成的论文和参与的科研项目