基于分子動(dòng)力學(xué)和梁模型的受限碳納米管的屈曲行為分析.pdf

1、自從碳納米管(CNTs)被發(fā)現(xiàn)后，因其具有較大的比表面積特性和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，可以吸收和聯(lián)結(jié)各種治療和診斷媒介，如藥物、基因、抗體和生物傳感器等，使得碳納米管在納米生物和納米藥物領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛能?？茖W(xué)家已經(jīng)證實(shí)了CNTs能夠直接穿透并進(jìn)入紅細(xì)胞(cell)，且在人體內(nèi)無代謝地傳送藥物。但是細(xì)胞攝取CNTs具有尺寸要求，CNTs的毒性與其長度有關(guān)，所以人們需要了解CNTs與細(xì)胞的作用的原理及CNTs在細(xì)胞約束作用下的力學(xué)穩(wěn)定性。目

2、前人們已經(jīng)深入研究了碳納米管進(jìn)入細(xì)胞的機(jī)理，但是它進(jìn)入細(xì)胞后如何變形知之甚少。為了了解碳管與細(xì)胞的相互作用及與它的長度有關(guān)的安全性，并進(jìn)一步推動(dòng)納米科技在生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展，研究超長碳管在周圍細(xì)胞約束下的穩(wěn)定性為其攝入人體選擇一個(gè)合適的長度提供一種參考。
　　本文采用分子動(dòng)力學(xué)(MD)與連續(xù)梁模型相結(jié)合的方法，研究了軸向壓縮的受限單壁碳納米管(SWCNT)在不同加載應(yīng)變率和不同溫度下的屈曲和后屈曲行為，其中，考慮完全固定的、直徑遠(yuǎn)大于

3、受限內(nèi)管的外管作為約束來限制內(nèi)管運(yùn)動(dòng)。
　　MD模擬結(jié)果表明，受限碳納米管從開始加載到最后破壞的過程中，總共發(fā)生了兩次屆曲。因?yàn)椴煌臏囟群图虞d應(yīng)變率的影響，第一次屈曲的模式發(fā)生轉(zhuǎn)換:在低溫低應(yīng)變率時(shí)發(fā)生歐拉屈曲，在高溫或高應(yīng)變率時(shí)發(fā)生正弦屈曲。越過歐拉和正弦屈曲后，受限內(nèi)管粘附外管從而發(fā)生第二次屈曲——螺旋屈曲。為了與MD模擬的結(jié)果對比，建立了歐拉梁模型來預(yù)測碳納米管的屈曲行為，并給出了受限內(nèi)管不同屈曲模式臨界應(yīng)變的解析表達(dá)式和