小半径单壁碳纳米管端口结构及交叉连接的模拟

论文摘要

碳纳米管是由石墨片卷成的无缝、中空的管状结构,并且具有很大的长度与直径的比率,可以看成准一维纳米材料。多壁碳纳米管可以由一层到十层甚至上百层的同中心单壁碳层结构组成,并且每层之间的距离约在0.34nm左右。由于独特的机械和电子特性,使得它在纳米电子学、电场效应晶体管、场发射装置等许多领域具有潜在和广阔的应用前景。 研究上曾提出许多模型来解释碳纳米管的生长,关于碳纳米管生长的一个关键问题是碳管在生长过程中是否一直保持开口状。本文采用紧束缚分子动力学模拟方法,计算和分析温度(1000K—3000K)对定长理想扶手、锯齿型单壁碳纳米管端口变化趋势的影响。从模拟的结果我们可以看出,温度提高易于使碳管端口封闭,温度在3000K下碳管端口已基本闭合,如要使碳管开口生长,应适当降低合成温度。而且端口封闭导致碳管能量的降低。此外,由于锯齿型碳管应力能比同口径扶手型碳管的应力能大,使得扶手型碳管比锯齿型碳管更容易形成端口封闭的结构,且锯齿型碳管端口的封闭结构出现相对较多的缺陷,甚至在3000K下会有少最碳原子从端口飞离碳管。最后,我们研究在一定的温度下两种垂直交叉的超细碳纳米管(3.0 (?))之间的结构变化,(4,0)—(4,0)和(4,0)—(2,2)之间的交叉连接是通过形成sp~3型碳碳键和断开碳管内某些碳碳键实现的,温度的升高加速他们连接的速度,而(2,2)—(2,2)没有出现连接的结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 参考文献：
• 第二章 紧束缚分子动力学原理
• §2.1 分子动力学模拟
• §2.2 紧束缚理论概述
• §2.2.1 紧束缚近似-LCAO法
• §2.2.2 紧束缚原子势模型
• §2.2.3 Bond Order Potential
• §2.3 Verlet算法和NVT分子动力学
• §2.3.1 Verlet算法
• §2.3.2 NVT分子动力学
• 参考文献：
• 第三章 碳纳米管的结构
• §3.1 单壁碳纳米管的结构
• §3.2 多壁碳纳米管的结构
• 参考文献：
• 第四章 温度对单壁碳纳米管端口结构的影响
• §4.1 计算过程
• §4.2 过程分析
• §4.3 结论
• 参考文献：
• 第五章 超细碳纳米管的连接
• §5.1 计算过程
• §5.2 过程分析
• §5.3 结论
• 参考文献：
• 致谢