常規(guī)及非常規(guī)碳納米管徑向穩(wěn)定性與構型轉換.pdf

1、碳納米管作為一種新型的納米材料，具有很好的力學、電學、化學等性能，在許多領域有著廣泛的應用前景，自發(fā)現(xiàn)以來受到人們越來越廣泛的關注。尤其是碳納米管具有中空的結構和光滑的表面，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構穩(wěn)定性密切相關，因此開展具有不同手性和尺寸的碳納米管的穩(wěn)定性相關實驗、理論及數(shù)值模擬研究具有重要的科學意義和實用價值。本文從分子力學模擬角度出發(fā)，研究了常規(guī)和非

2、常規(guī)碳納米管的結構徑向穩(wěn)定性及構型轉換，分析了手性、半徑及壁數(shù)對徑向穩(wěn)定性的影響，獲得了構型轉換活化能與碳納米管半徑之間的關系，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)定性及構型轉換研究?；诜肿恿W模擬獲得了常規(guī)碳納米管徑向未坍塌及坍塌穩(wěn)定構型，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型轉換的最低能量路徑及活化能，進一步分析了結構徑向坍塌與碳管的手性和半徑之間的關系。研究結果表明:1）碳納米管

3、向坍塌構型轉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型轉換所需的活化能略低于扶手椅型碳納米管向坍塌構型轉換所需的活化能;3）內管半徑相近且與單壁碳納米管半徑相當時，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)定性及構型轉換研究?；谝延形墨I結果，構造了非常規(guī)雙壁及三壁碳納米管未坍塌構型，通過分子力學模擬獲得了非常規(guī)碳納米管的徑向坍塌穩(wěn)定構型，并結

4、合NEB方法獲得了構型轉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系。研究結果表明:1）當內管半徑較小時，內管不易發(fā)生坍塌且主要以缺陷的形式存在，其將導致非常規(guī)碳納米管向坍塌構型轉換所需的活化能隨內管半徑的增加而減小;2）隨著內管半徑的增大，內管主要起支撐的作用，因此非常規(guī)碳納米管向坍塌構型轉換所需的活化能隨內管半徑的增大而增加。
　　本文研究工作為進一步理解碳納米管的徑向穩(wěn)定性提供了理論依據，也