碳納米管與金屬納米顆粒連接的分子動力學模擬.pdf

1、由于傳統(tǒng)材料的微電子電路尺寸受到工藝條件的限制而難以繼續(xù)減小,于是分子級的電子電路應運而生。碳納米管以其獨特的納米結構及優(yōu)越的電學性能,成為未來微電子電路制作中的主要候選材料之一。因此碳納米管與傳統(tǒng)電子電路的相容性問題,即碳納米管與金屬電極的可靠連接問題成為目前亟待解決的問題。雖然現在已經有許多方法可以實現碳納米管與金屬電極的連接,但是仍然存在不易觀測等諸多問題。目前對納米連接問題的研究大多是針對控制方法的研究,然而很多連接體的應用更多

2、地依賴于接頭的微觀結構和性能,因此,對接頭結構及性能等的分析也十分必要。
　　本文采用分子動力學模擬方法,基于一種新型的碳-金屬原子間鍵序多體作用勢,從原子尺度模擬了碳納米管與鈷、鎳、金三種金屬納米顆粒的連接過程,建立了該連接過程和接頭結構分析的分子動力學模型。結果表明,連接過程中主要發(fā)生金屬原子向碳納米管的擴散,在碳納米管的柔性和金屬原子晶體結構的協(xié)調作用下形成最終接頭結構,碳納米管端部發(fā)生變形,金屬原子出現無序化排列。與碳原子

3、親和力過大的金屬(鈷)沿碳納米管內部嚴重擴散,使其發(fā)生塌陷,形成不利于實際應用的接頭結構。
　　選用金納米顆粒為金屬電極代表,通過改變兩種材料的初始幾何結構及環(huán)境熱力學條件,發(fā)現六元環(huán)排列模式、碳納米管直徑、管壁數、表面缺陷及吸附狀態(tài)、溫度、壓力水平等均對連接過程和接頭結構有一定程度的影響。不同尺寸的金納米顆粒主要因具有不同的金原子數和比表面能而對連接產生影響,而金納米顆粒的晶面取向則對模擬結果影響不大。以上工藝參數對接頭結構的影

4、響主要表現在金原子沿碳納米管內壁和外壁的擴散及碳-金原子之間的成鍵。
　　此外還綜合考慮了電子產品對運輸和使用過程中的抗沖擊及抗震動和封裝體的散熱要求,分別通過模擬拉伸實驗和熱浴模型對接頭的力學性能和熱學性能進行了計算分析,為未來碳納米管基微電子電路的制作提供了理論指導。結果表明,決定接頭性能的主要因素是接頭附近的金原子排列無序度,無序度越大,接頭性能越好。力學方面主要表現在變形承受能力的提高。熱學方面主要表現在接頭熱阻的減小。<