碳納米管與銅，氧化亞銅及銅納米線表面之間界面結(jié)合的計算機模擬研究.pdf

1、碳納米管自從1991年由日本學者飯島發(fā)現(xiàn)之后，由于其優(yōu)異的電學、熱學和力學性能，受到越來越多的學者的關(guān)注。許多課題組用實驗和理論的方法研究了碳納米管作為增強體對復合材料的力學、電學、熱學、光學性能的改善作用。近幾年來的實驗研究表明，只要在金屬基體中添加少量的碳納米管就可大大改善復合材料的彈性模量和硬度。碳納米管增強金屬基復合材料中，界面結(jié)合問題很大程度決定著復合材料的性質(zhì)，所以，研究碳納米管與金屬及其氧化物之間的界面結(jié)合，具有重要的實際

2、意義。但是，由于用實驗的辦法來直接研究碳納米管與金屬的結(jié)合機理十分困難，分子力學和分子動力學模擬的辦法才越來越廣泛的應用到此領(lǐng)域的研究中來。本論文旨在用分子模擬的方法來研究碳納米管與銅及其氧化物，納米線的界面結(jié)合過程，機理以及隨之帶來碳納米管的形變問題。 首先，用基于力場的分子動力學方法研究了不同直徑，不同手性，不同壁數(shù)的碳納米管與銅和氧化亞銅表面的界面結(jié)合，分析界面性質(zhì)，界面結(jié)合機理，以及各種因素對界面結(jié)合的影響，分析了不同因

3、素對碳納米管和表面結(jié)合能，碳納米管形變能的影響。在界面結(jié)合過程中，表面的范德華力使碳納米管接近并結(jié)合在表面上，碳納米管塌陷并形成石墨帶狀結(jié)構(gòu)覆蓋在表面上，隨著碳納米管直徑的增大，塌陷變得比較容易，手性及其他因素對碳納米管的影響則比較小。由于界面接觸面積增大，塌陷增強了碳納米管與表面之間的結(jié)合作用，形成穩(wěn)定的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。 通過動力學模擬，發(fā)現(xiàn)這種界面結(jié)合的原因是表面范德華力作用，如果增加表面的比表面積，表面范德華力將會得到增強，界面

4、結(jié)合將會更緊密，碳納米管的變形也會更加嚴重。所以本文通過選取比表面積更大的材料，來考察其間的界面結(jié)合情況。銅納米線是一種理想的一維材料，其側(cè)面具有很大的比表面積。所以，本文通過分子動力學模擬，進一步研究碳納米管與銅納米線的相互作用，結(jié)果表明，當納米管置于銅表面附近時，碳納米管靠近銅納米線并與之結(jié)合在一起，在結(jié)合過程中，碳納米管塌陷并形成碳納米卷包裹在銅納米線表面上，自組裝形成核殼納米線結(jié)構(gòu)。最后利用經(jīng)典Lennard-Jones勢，建立