碳納米管扭轉引起的力學耦合效應研究.pdf

1、近年來，碳納米管由于其獨特的力學性能和電學性能受到越來越多的關注，其獨特的力學、電學性能使其可構成獨特的納米電子力學系統(tǒng)(NEMS)。碳納米管被用作納米諧振器、扭轉參數(shù)振蕩器調諧軸向預應力和靜電作用力的想法也被提出。在這些應用中，碳納米管扭轉力學行為對納米電子力學系統(tǒng)極其重要。
　　本論文利用經典分子動力學的模擬方法，模擬分析了單壁碳納米管、雙壁碳納米管的扭轉力學行為。取得了一些有意義的結果，主要有:
　　(1)不同口徑碳管

2、所受力矩與扭轉角或切應變的變化趨勢完全一致，碳管進行扭轉的起始階段，即小切切應變時，力矩T和扭轉角度θ或切應變之間呈線性關系。碳管口徑越小，扭轉時所需扭矩單調降低，表明口徑小的碳管扭轉剛度較小，但其能保持彈性形變的切應變極限越大。
　　(2)所有碳管均存在彈性失穩(wěn)點(buckling point)，當扭轉角超過其buckling點后，曲線斜率變小，結構發(fā)生相變，碳管的扭轉剛度降低。
　　(3)在碳管發(fā)生buckling形變之

3、后，鋸齒型碳管與扶手型碳管的力矩與扭轉角關系有顯著差異，表明碳管結構對碳管發(fā)生buckling形變之后的力學行為有重要影響，這種發(fā)生在buckling形變之后的力學特性的顯著差異，可以作為檢測碳管類型的一種有效手段。
　　(4)碳管結構決定扭轉時碳管軸向應力的方向，扶手性碳管扭轉時軸向應力向內，碳管趨于縮短，而鋸齒型碳管軸向引力向外，碳管趨于伸長。
　　(5)軸向應力向外的碳管（如鋸齒型管）在大于一定長度后，扭轉時會通過彎曲

4、逐漸釋放應力，碳管口徑越大，所需長度越長。這種大于一定管長才會出現(xiàn)的扭致彎曲現(xiàn)象，對基于碳納米管的功能器件如扭轉擺的設計有重要意義。軸向應力向內的碳管（如扶手型管）在扭轉過程中則不可能彎曲。
　　(6)雙壁碳管是否出現(xiàn)扭致彎曲現(xiàn)象完全決定于外管的軸向應力響應特性，與內管類型無關。如果外管軸向應力方向向外，則可出現(xiàn)扭致彎曲現(xiàn)象。相對于單壁管，雙壁碳管在更短的尺度上就可以出現(xiàn)扭致彎曲，這種扭致彎曲加速效應完全由內管的軸向應力驅動，雖然