發(fā)布時(shí)間：2018-01-30 20:04

  本文關(guān)鍵詞： 金屬納米線 分子動(dòng)力學(xué) 熔化行為 碳納米管 受限空間　出處：《山東大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：過去的幾十年間,以碳納米管、納米線為代表的一維納米材料備受關(guān)注。其中,納米線因其具有的獨(dú)特的物理化學(xué)性能,在光電子器件、化學(xué)催化、生物科技、國防科技、能源儲運(yùn)、復(fù)合材料等領(lǐng)域具有受人矚目的應(yīng)用前景。在推廣納米線的實(shí)際應(yīng)用過程中,維持其結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)性能的穩(wěn)定性是首先要解決的問題。近年來,研究者發(fā)現(xiàn)將納米線封裝于受限空間中,不僅能夠增加其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,防止其與外界的氧氣與水蒸氣反應(yīng),還能夠獲得綜合性能優(yōu)異的碳納米管-納米線復(fù)合材料從而開拓新的研究領(lǐng)域。受限空間與納米線原子的相互作用以及受限空間的結(jié)構(gòu)和尺寸對內(nèi)部納米線的結(jié)構(gòu)與性能具有非常顯著的影響。研究受限空間中納米線的熔化,對于豐富并完善納米尺度下材料性能的研究、拓展納米線及其復(fù)合材料的應(yīng)用、發(fā)展先進(jìn)的納米材料制備與加工技術(shù)具有非常重要的科學(xué)意義和價(jià)值。本論文選取了兩種典型的金屬納米線——Al納米線與Fe納米線,并采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法對其在受限空間中的熱穩(wěn)定性和熔化過程進(jìn)行了深入探討。本論文首次發(fā)現(xiàn)了碳納米管受限空間中Al納米線具有三種熔化行為,分別為：(Ⅰ)熔化過程中不出現(xiàn)內(nèi)層原子到外層的可視化擴(kuò)散；(Ⅱ)熔化過程出現(xiàn)納米線的回復(fù)現(xiàn)象；(Ⅲ)熔化后內(nèi)層原子完全擴(kuò)散到外層導(dǎo)致納米線最終具有中空結(jié)構(gòu)。這三種熔化行為由Al納米線的直徑和碳納米管的長度共同決定。碳納米管與納米線各層原子之間的相互作用強(qiáng)弱差異以及碳納米管中的范德華力勢阱是引起其內(nèi)部Al納米線出現(xiàn)以上三種異常熔化行為的主要原因。沿不同晶向排布的Fe納米線([100]、[110]和[111]Fe納米線)的熱穩(wěn)定性明顯不同。[111]Fe納米線由于其具有的表面能最小以及表面的近鄰原子數(shù)最多具有最好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,該模擬結(jié)果從理論角度驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)中自發(fā)生長的Fe納米線多沿[111]晶向排布。當(dāng)把Fe納米線封裝于虛擬墻受限空間中時(shí),外界軸向壓力的存在能夠強(qiáng)化受限空間對于納米線的束縛作用,從而使得納米線的熔點(diǎn)隨著軸向壓力的增加而增加。但是,該軸向壓力存在一個(gè)臨界值,結(jié)果表明為3 GPa,在該壓力值以下,虛擬墻中的Fe納米線才能夠維持自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。本論文首次比較了兩種相同形狀、相同尺寸的受限空間,即虛擬墻和碳納米管,對于內(nèi)部Fe納米線熔化行為和熱穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明,Fe納米線在碳納米管中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性最強(qiáng),碳納米管對于其束縛作用更大。納米線在這兩種受限空間中的熔化行為也呈現(xiàn)出明顯不同。該結(jié)果形象地說明了碳納米管對于內(nèi)部納米線熔化行為的影響不僅僅局限于尺寸限制,其管壁的碳原子排布以及形成的碳納米管內(nèi)的范德華力勢阱是影響內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)與性能的重要原因。
[Abstract]:In the past decades, carbon nanotubes (CNTs) and nanowires (CNTs) have attracted much attention. Among them, nanowires have been widely used in photoelectron devices, chemical catalysis and biotechnology because of their unique physical and chemical properties. National defense science and technology, energy storage and transportation, composite materials and other fields have attracted great attention in the application of nanowires. In recent years, researchers have found that encapsulating nanowires in confined space can not only increase the structural stability of nanowires. Prevent it from reacting with oxygen and water vapor. Carbon nanotube-nanowire composites with excellent properties can also be obtained to open up new research fields. Interaction between confined space and nanowire atoms and junction of structure and size of confined space to internal nanowires. The structure and properties of nanowires in confined space are studied. To enrich and improve the properties of nanoscale materials, expand the application of nanowires and composites. It is of great scientific significance and value to develop advanced preparation and processing technology of nanomaterials. In this paper, two typical metal nanowires, Al nanowires and Fe nanowires, are selected. The thermal stability and melting process of Al nanowires in confined space were investigated by molecular dynamics simulation. In this paper, three kinds of melting behaviors of Al nanowires in confined space of carbon nanotubes were first found. There is no visible diffusion from the inner layer to the outer layer in the melting process. (II) recovery of nanowires in the melting process; (III). These three melting behaviors are determined by the diameter of Al nanowires and the length of carbon nanotubes. The differences in interaction and the van der Waals potential well in carbon nanotubes are the main reasons for the above three abnormal melting behaviors of Al nanowires in the carbon nanotubes. [100], [110] and. [The thermal stability of 111] Fe nanowires is obviously different. [111] Fe nanowires have the best structural stability and thermal stability due to their minimal surface energy and the maximum number of adjacent atoms on the surface. The simulation results demonstrate theoretically that the spontaneous growth of Fe nanowires in the experiment has multiple edges. [When Fe nanowires are encapsulated in the confined space of virtual wall, the existence of external axial pressure can strengthen the binding effect of confined space to nanowires. Therefore, the melting point of nanowires increases with the increase of axial pressure. However, there is a critical value of the axial pressure. The results show that the melting point of nanowires is 3 GPA below this pressure value. Only Fe nanowires in virtual walls can maintain their own structural stability. In this paper, two kinds of confined spaces of the same shape and size, namely virtual walls and carbon nanotubes, are compared for the first time. The results show that the structure stability of Fe nanowires is the strongest in carbon nanotubes. The melting behavior of nanowires in these two confined spaces is also obviously different. This result vividly shows that the effect of carbon nanotubes on the melting behavior of internal nanowires is more than just the effect of carbon nanotubes on the melting behavior of internal nanowires. Limited to the size limit. The arrangement of carbon atoms in the tube wall and the formation of van der Waals force trap in carbon nanotubes are the important factors affecting the structure and properties of the inner atoms.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1

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7 劉e，

本文編號：1477118