填充富勒烯的碳纳米管及其弯曲性能的模拟研究

《填充富勒烯的碳纳米管及其弯曲性能的模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、捕要自从碳纳米管于1991年被发现以来，其以完美结构、低密度、高强度和卓越的电学性能而备受关注。近些年来，随着实验技术的不断进步，很多不同种类的填充碳纳米管相继被制造出来。与空管相比较，填充碳纳米管具有更强的轴、径向强度和不同的光电学性质。同时，填充碳纳米管还提供了一种高效的存储系统。正因为有了这些优异的性能，使得填充碳纳米管有着更加广阔的应用前景，同时也得到了越来越多的重视。紧随目前的研究热点，本文采用分子动力学(MD)的方法，模拟研究填充C60的碳纳米管在弯曲过程中的性质，我们研究的重点是c卯富勒烯与碳纳米管的相互作用

2、对碳纳米管弯曲性能的影响。我们采用Brenner半经验势模拟C．C原子间的短程作用，采用Lennard．Jnnes(LJ)势模拟C60-CNT和C60之间的范德瓦耳斯(vdW)相互作用。以弹性力学中杆的弯曲模型为基础，设计出了在原子水平研究碳纳米管弯曲特性的计算模型。通过我们的研究发现，满填充c印的纳米管((c60)12@00，10))和部分填充c60的碳纳米管((C60)lo@00，lO))的弯曲刚度分别较空管提升了18％和6．3％；其扭曲强度分别增强45％和11％。此外，与空管不同的是，填充管在弯曲过程中会出现一段过渡

3、形态。在过渡形态中，在纳米管管壁内侧会出现波折现象，这是由于C60富勒烯和纳米管管壁间的vdW相互作用。部分填充管波折的形态变化幅度比满填充管小很多，波折的持续时间也要短得多，主要是因为部分填充管内的C60富勒烯在轴向有较大的移动空间。类似的波折现象也出现在多壁碳纳米管的弯曲过程中，不过此时它出现在碳纳米管的弹性范围以外，而填充碳纳米管则是出现在弹性范围内。此外，我们还通过分子动力学(MD)和蒙特卡罗(Mc)相结合的办法，模拟研究了碳(C)原子和C2分子在si(001)表面的吸附和扩散现象。我们期望通过我们的研究，能够给实

4、验上制备高质量的类金刚石薄膜提供一定的帮助。我们采用半经验Brenner势和Tersoff势模拟研究C．C，C．Si和Si—si之间的相互作用。通过扫描势场的办法找出C和C2在Si(001)表面的主要吸附点和跳跃势垒。最后，我们采用表面扩散的MC方法模拟C和C2各自的扩散特征。模拟结果显示，C和C2都倾向于沿着Si晶体的周期性方向生长。单个C原子能够在Si表面扩散较长的距离，而c2分子则比较容易被限制在局部区域。因此，我们推测采用单个C原子作为入射材料比较容易得到均匀的类金刚石膜，而采用C2分子则更容易在Si表面形成岛状结

5、构。该模拟结果与目前的实验定性吻合。关键词：碳纳米管，C印富勒烯，弯曲性能，分子动力学模拟．蒙特卡罗模拟，表面扩散，类金刚石膜AbstractSincethediscoveryofthecarbonnanotube(CNT)in1991，ithasstimulatedmanyresearchactivitiesduetoitsstructuralperfectionwithlowdensityandexcellentmechanicalandelectronicproperties．Recently,C∞fullerene

6、sandothermaterialswerefoundtobeencagedinsideCNTs．SuchahybridsttxlctBreoffullerenesandCNTsmayopen叩anewareaofCNTsinbothscienceandindustrialapplicationbecausetheregulararrangementoffullerenesinsideaCNTwillmodifytheelectronicandmechanicalpropertiesofthehostCNT．Forexam

7、ple，comparedwithemptyCNT,theC∞一filledChiTsshowanobviousreinforcementinaxialandradialdirectionwhichwillpreventitfrombuckling．Meanwhile，theyalsoprovidetheefficientstoragesystems．Inthispaper,weinvestigatethebendingflexibilityofCNTsencapsulated砸t11C6Dfullerenes，usingm

8、oleculardynamicsOVID)simulation．TheeffectofC60encapsulationonthebendingpropertiesisfocusedinOUrstudies．TheinteractionsamongatomswithinfullerenesandCNTar