Si團簇在碳納米管中的結構特性研究.pdf

1、碳納米管具有納米尺度的受限空間，管壁很穩(wěn)定，可以對內部物質起到支撐、保護、存儲的作用，而且碳納米管可以當作一種納米尺度的模具，使填充物變成鏈狀或螺旋結構。除此之外，填充物反過來也會改變碳納米管原有的性能，形成性能優(yōu)良的復合材料。本文采用經典分子動力學的方法，選取 Tersoff勢函數，研究了硅納米線填充不同直徑的扶手椅型單壁碳納米管復合結構的熱穩(wěn)定性以及硅團簇在扶手椅型單壁碳納米管中快速凝固的結構演變特性。
　　以一定直徑立方鉆石

2、結構[111]晶向的硅納米線填充不同扶手椅型單壁碳納米管，模擬此復合結構的加熱過程，通過可視化和能量分析的方法判斷復合結構中硅納米線和碳納米管的熱穩(wěn)定性。通過討論碳納米管的空間限制作用和分子間相互作用力的關系，對碳納米管和硅納米線的熱穩(wěn)定性變化進行了初步解釋。研究發(fā)現碳納米管中硅納米線的熱穩(wěn)定性和碳納米管的直徑有很緊密的關系：與自由空間中硅納米線的熱穩(wěn)定性相比，當管徑較小時，硅納米線的熱穩(wěn)定性有所提高，當管徑增大到一定尺寸時，硅納米線的

3、熱穩(wěn)定性會突然顯著地下降，直到硅納米線與管壁不存在分子間相互作用力，硅納米線的熱穩(wěn)定性才會恢復。而硅納米線填充到碳納米管中對碳納米管的熱穩(wěn)定性有著明顯的降低作用。
　　對硅在(13,13)、(19,19)、(25,25)碳納米管中以2×1010 K/s、1×1011 K/s、1×1012 K/s的冷速快速凝固的過程進行模擬，采用可視化、平均配位數、鍵角分布、二面角分布的方法來表征硅團簇的結構特征以及分析在凝固過程中硅團簇的結構演變

4、特性。研究發(fā)現冷速越慢，管徑越大，平均配位數下降得越快。鍵角分析和二面角分析發(fā)現受限于碳納米管中的硅團簇在快速凝固過程中，更傾向于形成近似鉆石結構單元特征的結構，而且冷速越慢越有利于形成鉆石結構單元。此外管徑對硅團簇凝固過程中形成鉆石結構單元的能力有影響：適當管徑大小，冷速越低，對形成由鉆石結構基本單元組合成的硅團簇是有利的，當管徑較小，空間受限作用較大或者管徑很大，空間受限作用較小時，硅在受限空間中形成具有鉆石結構單元團簇的能力都不是