【摘要】：碳納米管以其優(yōu)越的力學(xué)、電學(xué)與光學(xué)等特性被認(rèn)為是微納機(jī)電系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)單元和功能性器件的理想材料之一。由于碳納米管具有一維中空結(jié)構(gòu),對(duì)碳納米管進(jìn)行填充常常能夠進(jìn)一步增強(qiáng)碳納米管的性能或豐富碳納米管的功能。認(rèn)識(shí)和理解材料填充對(duì)碳納米管的影響,并基于此實(shí)現(xiàn)對(duì)碳納米管的性能和變形進(jìn)行有效精確地調(diào)控將會(huì)有力地拓展碳納米管的功能和應(yīng)用。本文分別針對(duì)內(nèi)部含有水和NaCl溶液的碳納米管在電場(chǎng)作用下的變形行為開展研究,主要內(nèi)容包括:基于分子動(dòng)力學(xué)方法開展了電場(chǎng)作用下含水碳納米管的彎曲變形行為研究,揭示了碳納米管直徑、電場(chǎng)強(qiáng)度與電場(chǎng)方向等因素對(duì)其變形行為的影響規(guī)律。數(shù)值結(jié)果表明,含水碳納米管在單向電場(chǎng)作用下幾乎不發(fā)生變形,軸向電場(chǎng)與橫向電場(chǎng)的共同作用會(huì)引起含水碳納米管發(fā)生彎曲,軸向電場(chǎng)的具體方向決定了含水碳納米管的彎曲變形相對(duì)于橫向電場(chǎng)的方向,增強(qiáng)橫向電場(chǎng)的強(qiáng)度會(huì)引起碳納米管彎曲撓度的增加。此外,基于經(jīng)典梁理論構(gòu)建了軸力分別與彎矩和剪力耦合作用下的含水碳納米管彎曲變形的理論模型,結(jié)果表明基于剪力模型得到的彎曲撓曲線可以更好地描述數(shù)值模擬結(jié)果�；诜肿觿�(dòng)力學(xué)方法研究了含NaCl溶液碳納米管分別在單個(gè)軸向電場(chǎng)與兩個(gè)方向正交的電場(chǎng)作用下的拉伸與彎曲變形行為,揭示了碳納米管直徑、電場(chǎng)強(qiáng)度以及離子溶液濃度對(duì)含液碳納米管變形行為的影響規(guī)律。數(shù)值結(jié)果表明,在相同電場(chǎng)強(qiáng)度下,含液碳納米管的伸長(zhǎng)量與碳納米管直徑、離子濃度成正比。當(dāng)直徑較小時(shí),含液碳納米管的拉伸變形與電場(chǎng)強(qiáng)度呈現(xiàn)出線性的變化趨勢(shì),隨著直徑的增加這種變化趨勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷�性。在兩個(gè)方向正交的電場(chǎng)作用下,含液碳納米管的彎曲撓度與橫向電場(chǎng)強(qiáng)度基本成正比關(guān)系,溶液濃度可進(jìn)一步影響彎曲撓度和直徑的控制關(guān)系。此外,建立了含NaCl溶液碳納米管在電場(chǎng)作用下拉伸與彎曲變形行為的理論模型。結(jié)果表明,碳納米管的拉伸與彎曲變形可分別通過(guò)軸力以及軸力與剪力的共同作用進(jìn)行描述。本文工作揭示了電場(chǎng)作用下含液碳納米管的變形行為與碳納米管直徑、電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)方向和離子溶液濃度等因素之間的控制關(guān)系,闡明了含液碳納米管在電場(chǎng)作用下發(fā)生拉伸與彎曲變形的機(jī)理。研究結(jié)果對(duì)基于含水與含NaCl溶液碳納米管的納米尺度可控性器件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2784233