碳納米卷軸結(jié)構(gòu)是一種由單片石墨烯卷曲而成的結(jié)構(gòu),與多壁納米碳管不同,碳納米卷具有邊緣開放的結(jié)構(gòu)特征。在通常的碳納米管制備過程中,碳納米卷甚至比納米碳管有更大的產(chǎn)額,是更易出現(xiàn)的結(jié)構(gòu),其在儲(chǔ)氫以及醫(yī)藥載體等方面可能與碳納米管有同樣廣泛的應(yīng)用,已經(jīng)引起了許多研究者的關(guān)注,但是其形成機(jī)制至今尚不明確。我們采用分子動(dòng)力學(xué)方法,通過對(duì)石墨帶自發(fā)嵌入單壁納米碳管中形成螺旋帶,并進(jìn)而演化成碳納米卷的過程進(jìn)行了模擬,主要結(jié)果有:1.本文通過分子動(dòng)力學(xué)模擬,選用AIREBO勢(shì)函數(shù),討論了石墨帶進(jìn)入單壁納米碳管后形狀的變化。研究發(fā)現(xiàn)(1)當(dāng)納米石墨帶進(jìn)入碳管內(nèi)部形成穩(wěn)定的納米螺旋帶后,其相鄰螺旋環(huán)之間的距離保持為3.5 A,與納米帶寬度無關(guān);(2)碳管內(nèi)螺旋帶與碳管壁的距離為3.5 A,與碳管類型及納米帶長(zhǎng)度、寬度無關(guān);(3)碳管內(nèi)螺旋帶的本征振動(dòng)頻率約在1010量級(jí);(4)為了在直徑為D,長(zhǎng)度為L(zhǎng)的單壁納米碳管中形成完美的石墨帶螺旋結(jié)構(gòu),石墨帶的長(zhǎng)度l需要滿足:(?)A.(其中w≥4.27A,D≥ 23.05A).2.在形成石墨帶螺旋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步模擬發(fā)現(xiàn),通過移動(dòng)碳管或者石墨螺旋帶將兩者分離,在一定條件下,石墨螺旋帶可以自發(fā)的形變?yōu)槭�。只要石墨帶能在不同的碳管�?nèi)部形成螺旋結(jié)構(gòu),并在脫離碳管束縛后還能形成穩(wěn)定的納米卷,其最終所形成的納米卷的結(jié)構(gòu)將基本一致,與前期所用的碳管長(zhǎng)度、直徑無關(guān),其中心圈層直徑在20A附近振蕩,長(zhǎng)度不同的石墨帶所形成的石墨卷只在卷的圈數(shù)上存在差異。這一結(jié)果可能會(huì)為制備特定尺寸的納米卷帶來極大便利。3.根據(jù)石墨卷形成的模擬過程,提出實(shí)驗(yàn)中納米石墨卷產(chǎn)生的一種可能機(jī)制,即在諸如電弧放電制備碳納米管的方法中,一些長(zhǎng)度和寬度適宜的石墨帶首先被吸入某些碳納米管中形成石墨螺旋帶,然后由于熱運(yùn)動(dòng)造成的不斷碰撞過程中,一些石墨螺旋帶有機(jī)會(huì)脫離碳管的束縛而自發(fā)形成更為穩(wěn)定的石墨卷結(jié)構(gòu)。因此,可以通過電鏡觀察到實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物中并存有碳納米管及石墨卷的存在。
【學(xué)位單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1;O613.71
【部分圖文】：

到碳管納米卷結(jié)構(gòu)。這種化學(xué)頁(yè)狀剝離法為制備大量純的碳能。目前，如何精確控制和制備預(yù)設(shè)的納米卷結(jié)構(gòu)，例如，數(shù)的石墨片卷曲而成的碳納米卷仍然仍然是一項(xiàng)難題。??卷結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制方面，理論上一般采用分子動(dòng)力學(xué)方法。人應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)模擬對(duì)碳納米卷軸結(jié)構(gòu)的形成和動(dòng)力學(xué)通過卷曲單層的石墨烯得到碳納米卷，并且考慮了電荷對(duì)納注入大量電荷的時(shí)候，納米卷由于庫(kù)倫斥力發(fā)生擴(kuò)張，隨著卷的半徑隨之增加。ＨＵａｎｇ［Ｍ等人計(jì)算了在單層石墨片上放片圍繞碳管折疊而形成納米卷結(jié)構(gòu)的過程。Ｚｈｕ＾等人則通附著氫原子的模型，計(jì)算了石墨烯由于應(yīng)力而卷曲成納米Ｗａｌｌａｃｅ＾也模擬了單層石墨烯形成納米卷結(jié)構(gòu)的過程，與，他們通過在石墨片上除去部分碳原子后形成的空位來降低并分析不同濃度的空位對(duì)能量勢(shì)壘的影響。實(shí)驗(yàn)通過電鏡觀］，不僅存在類似單層石墨片從一邊卷曲而成的納米卷結(jié)構(gòu)，的一對(duì)納米卷的結(jié)構(gòu)，可以看成是由石墨片相對(duì)的兩邊相向

分子動(dòng)力學(xué)模擬的過程可分為如下四個(gè)步驟：（１）選定勢(shì)函數(shù)；（２）設(shè)定初始??條件；（３）趨于平衡過程，即系統(tǒng)弛豫過程；（４）數(shù)據(jù)處理，計(jì)算宏觀量。分子動(dòng)??力學(xué)模擬的流程圖如圖２．１所示。??選定勢(shì)函數(shù)，設(shè)置粒子初始位置和速度?設(shè)置溫度、壓強(qiáng)、能量等???ＶＬ??根據(jù)初始狀態(tài)計(jì)算各粒子受力情況???＞?增加一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)，計(jì)算粒子的運(yùn)動(dòng)方程???一?判斷是否達(dá)到指定運(yùn)算時(shí)間??是????Ｉ????結(jié)束運(yùn)算，輸出運(yùn)算結(jié)果，處理數(shù)據(jù)??圖２．１分子動(dòng)力學(xué)模擬流程圖??２．１．３分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件簡(jiǎn)介??分子動(dòng)力學(xué)模擬的軟件眾多，本文主要用ＬＡＭＭＰＳ（Ｌａｒｇｅ－ｓｃａ丨ｅＡｔｏｍｉｃ／Ｍ－??ｏｌｅｃｕｌａｒ?Ｍａｓｓｉｖｅｌｙ?Ｐａｒａｌｌｅｌ?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）進(jìn)行松擬Ｕ■算。ＬＡＭＭＰＳ?足？款常丨｜ｊ的分??子動(dòng)力學(xué)模擬軟件，用戶可以免費(fèi)Ｋ載并且可以修改源程序，方便各種模擬需求，??同時(shí)ＬＡＭＭＰＳ可以在并行環(huán)境中Ｕ？算，有強(qiáng)大的計(jì)算優(yōu)勢(shì)，能夠校擬上百萬(wàn)的??５??

分子動(dòng)力學(xué)模擬的過程可分為如下四個(gè)步驟：（１）選定勢(shì)函數(shù)；（２）設(shè)定初始??條件；（３）趨于平衡過程，即系統(tǒng)弛豫過程；（４）數(shù)據(jù)處理，計(jì)算宏觀量。分子動(dòng)??力學(xué)模擬的流程圖如圖２．１所示。??選定勢(shì)函數(shù)，設(shè)置粒子初始位置和速度?設(shè)置溫度、壓強(qiáng)、能量等???ＶＬ??根據(jù)初始狀態(tài)計(jì)算各粒子受力情況???＞?增加一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)，計(jì)算粒子的運(yùn)動(dòng)方程???一?判斷是否達(dá)到指定運(yùn)算時(shí)間??是????Ｉ????結(jié)束運(yùn)算，輸出運(yùn)算結(jié)果，處理數(shù)據(jù)??圖２．１分子動(dòng)力學(xué)模擬流程圖??２．１．３分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件簡(jiǎn)介??分子動(dòng)力學(xué)模擬的軟件眾多，本文主要用ＬＡＭＭＰＳ（Ｌａｒｇｅ－ｓｃａ丨ｅＡｔｏｍｉｃ／Ｍ－??ｏｌｅｃｕｌａｒ?Ｍａｓｓｉｖｅｌｙ?Ｐａｒａｌｌｅｌ?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）進(jìn)行松擬Ｕ■算。ＬＡＭＭＰＳ?足？款常丨｜ｊ的分??子動(dòng)力學(xué)模擬軟件，用戶可以免費(fèi)Ｋ載并且可以修改源程序，方便各種模擬需求，??同時(shí)ＬＡＭＭＰＳ可以在并行環(huán)境中Ｕ？算，有強(qiáng)大的計(jì)算優(yōu)勢(shì)，能夠校擬上百萬(wàn)的??５??
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