常規(guī)及非常規(guī)碳納米管徑向穩(wěn)定性與構(gòu)型轉(zhuǎn)換.pdf

1、碳納米管作為一種新型的納米材料，具有很好的力學(xué)、電學(xué)、化學(xué)等性能，在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，自發(fā)現(xiàn)以來受到人們越來越廣泛的關(guān)注。尤其是碳納米管具有中空的結(jié)構(gòu)和光滑的表面，其可作為藥物、流體及低維納米材料等的一種理想的傳輸通道和儲存裝置。然而碳納米管的傳輸效力和存儲能力與其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性密切相關(guān)，因此開展具有不同手性和尺寸的碳納米管的穩(wěn)定性相關(guān)實(shí)驗(yàn)、理論及數(shù)值模擬研究具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價值。本文從分子力學(xué)模擬角度出發(fā)，研究了常規(guī)和非

2、常規(guī)碳納米管的結(jié)構(gòu)徑向穩(wěn)定性及構(gòu)型轉(zhuǎn)換，分析了手性、半徑及壁數(shù)對徑向穩(wěn)定性的影響，獲得了構(gòu)型轉(zhuǎn)換活化能與碳納米管半徑之間的關(guān)系，主要工作包括:
　　常規(guī)單壁、雙壁及三壁碳納米管的徑向穩(wěn)定性及構(gòu)型轉(zhuǎn)換研究。基于分子力學(xué)模擬獲得了常規(guī)碳納米管徑向未坍塌及坍塌穩(wěn)定構(gòu)型，基于NEB方法分析了單壁、雙壁及三壁碳納米管從未坍塌到坍塌構(gòu)型轉(zhuǎn)換的最低能量路徑及活化能，進(jìn)一步分析了結(jié)構(gòu)徑向坍塌與碳管的手性和半徑之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明:1）碳納米管

3、向坍塌構(gòu)型轉(zhuǎn)換所需的活化能隨碳管半徑的增大而減小，半徑較大的碳納米管更易坍塌;2）鋸齒型碳納米管向坍塌構(gòu)型轉(zhuǎn)換所需的活化能略低于扶手椅型碳納米管向坍塌構(gòu)型轉(zhuǎn)換所需的活化能;3）內(nèi)管半徑相近且與單壁碳納米管半徑相當(dāng)時，碳納米管坍塌活化能隨著壁數(shù)的增加而增加。
　　非常規(guī)雙壁及三壁碳納米管的徑向穩(wěn)定性及構(gòu)型轉(zhuǎn)換研究?；谝延形墨I(xiàn)結(jié)果，構(gòu)造了非常規(guī)雙壁及三壁碳納米管未坍塌構(gòu)型，通過分子力學(xué)模擬獲得了非常規(guī)碳納米管的徑向坍塌穩(wěn)定構(gòu)型，并結(jié)

4、合NEB方法獲得了構(gòu)型轉(zhuǎn)換的最低能量路徑與活化能，分析了非常規(guī)碳納米管徑向坍塌與管手性及半徑之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明:1）當(dāng)內(nèi)管半徑較小時，內(nèi)管不易發(fā)生坍塌且主要以缺陷的形式存在，其將導(dǎo)致非常規(guī)碳納米管向坍塌構(gòu)型轉(zhuǎn)換所需的活化能隨內(nèi)管半徑的增加而減小;2）隨著內(nèi)管半徑的增大，內(nèi)管主要起支撐的作用，因此非常規(guī)碳納米管向坍塌構(gòu)型轉(zhuǎn)換所需的活化能隨內(nèi)管半徑的增大而增加。
　　本文研究工作為進(jìn)一步理解碳納米管的徑向穩(wěn)定性提供了理論依據(jù)，也