论文题目: 水分子与离子晶体填充碳纳米管的动力学模拟及其电子学、光学特性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学工程
作者: 黄博达
导师: 夏曰源
关键词: 碳纳米管,分子动力学模拟,量子化学计算,分子吸附,晶体,复合材料,红外探测,偏振
文献来源: 山东大学
发表年度: 2005
论文摘要: 纳米材料与器件作为21世纪最重要的纳米科学与技术的分支,近年来得到了飞速的发展,显现出巨大的潜力和生命力。目前这一交叉学科已成为学术界最为前沿的研究领域之一,也是各国投入巨资极力发展的未来科学技术的制高点。在各种新兴的纳米材料中,碳纳米管以其特殊的结构、优良的性能、极高的稳定性受到了非常广泛的关注。而它所具有的各种独特性质在显示出无穷魅力的同时,也造就了许多新概念和新技术。 碳纳米管作为一种一维管状分子,可以视作由石墨片卷曲而成。这种独特的结构使其具有极高的表面积,对气体、液体等分子表现出较强的吸附性能;同时其管状空腔具有较大的容积,能够作为高效的分子存储介质。研究发现,通过毛细作用,碳纳米管可以将氢气等气体分子吸入并存储在管内。通过提高储氢量,碳管有可能在未来成为氢燃料的重要载体。 除了氢等气体分子外,其他分子或者溶液,以及DNA、蛋白质等生命物质也能够被吸附到碳纳米管之中。在研究这些吸附和输运现象时,水的作用是人们最关注的。水分子广泛存在于自然环境、化学试剂以及生物体中。研究证明,水分子对于维持生物细胞的输运畅通与电化学势平衡发挥着至关重要的作用。这些跨膜的蛋白质输运通道与碳纳米管的管状结构有相似之处。作为一种研究生物化学反应的基本模型,碳纳米管中的生命分子和溶液的传输是揭示众多未知生命现象的重要途径。 将碳纳米管作为分子传输通道的应用前景是十分广阔的。在纳米机械制造领域,拥有高机械强度的碳纳米管可以被用来构建基本的流体运送管网。在纳米医学领域,可以用碳纳米管探针来进行分子传输,如核酸、蛋白质或其他化学物质,甚至将来有望实施细胞手术,比如将药物直接送达癌细胞的细胞核内部。目前,日本已经成功的利用附有碳纳米管探针的原子力显微镜(AFM)观察活细胞的核子,并使纳米探针穿透细胞膜和核膜,直接到达细胞核。这就为更精确、更有效地杀灭癌细胞创造了条件。然而在这些应用中,我们面临的一个突出问题就是如何有效地对碳纳米管中的流体进行控制。纳米量级的微观物
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第1章 前言
1．1 纳米材料
1．2 碳纳米管的独特性质
1．3 论文结构
参考文献
第2章 密度泛函基本理论
2．1 绝热近似
2．1．1 多粒子系统的薛定谔方程
2．1．2 Born-Oppenheimer近似
2．2 Thomas-Fermi模型
2．3 Hartree-Fock近似
2．3．1 Hartree方程
2．3．2 Fock近似
2．3．3 Koopmans定理
2．4 Hohenberg-Kohn定理
2．5 Kohn-Sham方法
2．6 交换关联泛函
2．6．1 局域密度近似(LDA)
2．6．2 密度梯度近似(GGA)及其它近似方法
参考文献
第3章 经典分子动力学模拟基本理论及经验势场介绍
3．1 分子动力学模拟方法简介
3．2 经验势场
3．2．1 能量表达式的基本形式
3．2．2 MM势场
3．2．3 AMBER势场
3．2．4 CHARMM势场
3．3 分子动力学模拟的基本原理
3．4 运动方程的求解
参考文献
第4章 碳纳米管中可调控的水分纳米流体通道
4．1 研究背景
4．2 计算方法
4．3 结果与讨论
4．3．1 碳纳米管吸附水分子的初始动力学规律
4．3．2 不同带电性对碳管周围水分子密度分布的影响
4．3．3 水分子纳米管与密度分布图样
4．3．4 水分子纳米管的形成机制及与碳纳米管结构的关系
4．3．5 碳管内外水分子纳米管的结构差异
4．3．6 ab initio相关计算
4．3．7 管内水分子的输运特性与可控制的纳米传输通道
4．4 本章小结
参考文献
第5章 NaCl离子晶体在碳纳米管中的重结晶过程
5．1 国际研究进展及背景介绍
5．2 碳纳米管中的晶体与实验方法的局限
5．3 计算方法
5．4 结果及分析
5．4．1 碳纳米管中的NaCl重结晶过程
5．4．2 影响NaCl晶体结构的因素
5．4．3 多壁 NaCl纳米管及一维单链结构
5．4．4 NaCl密度的径向分布分析
5．5 本章小结
参考文献
第6章 基于ab initio的单壁碳纳米管-NaCl晶体复合材料动力学驰豫及电子学特性研究
6．1 以ab initio方法研究的出发点
6．2 计算方法
6．3 复合材料中的分子结构与晶体形变
6．3．1 2×2 NaCl晶体
6．3．2 3×3 NaCl晶体
6．3．3 晶体形变规律
6．3．4 碳管与晶体的形变类型
6．3．5 小结
6．4 复合材料的电子结构
6．4．1 能带结构与投影态密度分析
6．4．2 电子密度分布与电子云交叠
6．4．3 碳纳米管-NaCl晶体复合材料的应用前景展望
6．5 本章总结
参考文献
第7章 单壁碳纳米管-NaCl晶体复合材料的激发态及光吸收特性
7．1 简介
7．2 紫外与可见光吸收光谱的形成
7．3 紫外与可见光吸收光谱的主要类型
7．4 分子轨道方法
7．5 半经验分子轨道法
7．5．1 全略微分重叠(CNDO)
7．5．2 间略微分重叠(INDO)
7．6 组态相互作用(CI)方法
7．6．1 CIS方法
7．6．2 CI计算的困难与 ZINDO方法
7．6．3 ZINDO中的组态相互作用
7．7 单壁碳纳米誉-NaCl晶体复合材料激发态的计算方法
7．8 3×3 NaCl晶体纳米线与复合材料的光吸收
7．8．1 NaCl晶体对(19，0)单壁碳纳米管的影响
7．8．2 电子跃迁规律
7．8．3 NaCl晶体对(20，0)单壁碳纳米管的影响
7．9 2×2 NaCl晶体纳米线与复合材料的光吸收
7．10 不同尺寸的NaCl晶体纳米线对不同管型碳管的调制规律
7．11 本章小结
参考文献
第8章 总结
在读期间参与科研项目情况_
获奖精况
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
发布时间: 2005-10-17
参考文献
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