论文摘要
纳米技术的飞速发展为人们提供了一种思路,能否利用碳纳米管制作滑动轴承、滚动轴承,千兆赫兹的振荡器以及机械中的扭转弹簧等。为了实现这些结构很重要的一点就是控制他们的位置形状以及尺寸。本文采用分子动力学模拟结合连续介质力学和统计力学的方法,对碳纳米管在水中自组装特性及相关振荡频率等问题作了研究。主要内容为范德华力是自组装的驱动力,首先在理论上给出范德华力数学表达式。这一表达式是在忽略碳纳米管内部阻力的情况下得出的,然后给出碳纳米管在振动过程中的振动频率表达式。利用分子动力学软件GROMACS来模拟自组装过程,并分析在不同的势函数,不同尺寸不同温度等条件下对自组装过程中振动频率的影响。对模拟过程中的水进行研究。碳纳米管之间的不同间隙产生不同的水结构,分析这些水结构对自组装过程以及对振动频率的影响。本课题的结论一方面在理论上给出了驱动力范德华力和振动频率的数学表达式,使其具有理论基础,另一方面通过分子动力学软件来模拟实际过程,通过分析得出范德华势能主要影响的是纳米管的振动频率,而不是振动的衰减率的结论。进一步得出小尺寸的碳纳米管的振动频率较高,但不能更好的维持振动的结论。温度对频率的影响很小,频率几乎没有改变。在此基础上分析了水环境下水对模拟结果的影响,得出在碳纳米管所包围的受限空间内,形成的水结构与碳纳米管形成的空隙有关系的结论。碳纳米管本身已经具有了原子尺度光滑表面,而周围的水分子比碳原子要灵活得多,所以碳纳米管间的这些水分子会通过自身的热振动而加速整个系统的能量耗散。最后简要介绍了一下氢键的变化。