發(fā)布時(shí)間：2021-08-05 00:22

　　利用經(jīng)典范德瓦爾斯力場(chǎng)系統(tǒng)地研究了填充在雙壁碳納米管夾層中穩(wěn)定碘鏈和溴鏈的螺旋性.分析了系統(tǒng)的相互作用（包括管壁-鏈相互作用和鏈-鏈相互作用）對(duì)其螺旋鏈的影響機(jī)理.結(jié)果表明:單螺旋鏈的螺旋性由于缺失鏈-鏈相互作用而不確定;雙、三、四、五、六螺旋鏈的最佳螺旋角隨螺旋半徑和鏈指數(shù)的增加而減小;鏈-鏈之間的排斥和吸引相互作用分別誘導(dǎo)較小和誘導(dǎo)較大螺旋性的螺旋鏈,當(dāng)螺旋半徑相同時(shí),溴鏈比碘鏈擁有更小的螺旋性.因此,穩(wěn)定螺旋鏈的螺旋性主要取決于鏈-鏈之間的相互作用. 

【文章來源】：東北師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,52(02)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

最佳螺旋角Opt（φ）隨螺旋半徑r變化的函數(shù)曲線

雙壁碳納米管的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及獲得的最佳螺旋碘鏈、溴鏈的螺旋角見表2—3．表2和3中的第6列到第10列分別列舉了填充的螺旋碘鏈和螺旋溴鏈的最佳螺旋角（Opt（φ））．填充的螺旋鏈的單原子相互作用能V(r，φ）atom隨螺旋角φ變化的函數(shù)線見圖2，以最小的雙壁碳納米管（3,3)＿(8,18）為例，給出系統(tǒng)的單原子相互作用能V(r，φ）atom隨φ變化的曲線．同時(shí)，圖3給出了最佳螺旋碘鏈和溴鏈的結(jié)構(gòu)示意圖．對(duì)于填充的單螺旋碘鏈（圖2(a)),V(r，φ）atom不隨φ的增加而改變．當(dāng)m≥2時(shí)，隨φ的增加，開始時(shí)V(r，φ）atom基本不變．當(dāng)φ增加到一定值時(shí)，V(r，φ）atom開始減小，當(dāng)達(dá)到箭頭所示的最小值時(shí)迅速增大．因此，最小的V(r，φ）atom所對(duì)應(yīng)的φ即是填充的螺旋鏈的最佳螺旋角．由此可以看出，雙螺旋、三螺旋、四螺旋、五螺旋、六螺旋碘鏈的最佳螺旋角分別為29°，28°，26°，24°，21°（如圖3(a）所示）．對(duì)于填充的單螺旋溴鏈（圖2(b）），單原子相互作用勢(shì)V(r，φ）atom也不隨φ的增加而改變．當(dāng)m≥2時(shí)，隨φ的增加，V(r，φ）atom隨φ的變化趨勢(shì)和碘鏈類似，也是減小到最小值后迅速增加．如圖3(b）所示，其雙螺旋、三螺旋、四螺旋、五螺旋、六螺旋鏈結(jié)構(gòu)的最佳螺旋角分別為23°，22°，21°，20°，17°．由公式（2）可知，單螺旋鏈的系統(tǒng)只考慮了鏈-管壁之間的相互作用．而當(dāng)m≥2時(shí)，系統(tǒng)的相互作用不僅包括鏈-管壁相互作用，而且包括鏈-鏈相互作用．因此，填充的螺旋鏈的螺旋性主要決于鏈-鏈之間的相互作用．圖3 填充的（3,3)＿(8,18）雙壁碳納米管夾層中最佳碘螺旋鏈和溴螺旋鏈的結(jié)構(gòu)

圖2 填充的螺旋鏈的單原子相互作用能V(r，φ）atom隨螺旋角φ變化的函數(shù)曲線圖4是螺旋鏈（m=2～6）的最佳螺旋角（Opt（φ））隨r變化的曲線．從圖4可以看出，不同的螺旋鏈具有不同的Opt（φ），但又隨著r的增加呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律．r不變時(shí)，Opt（φ）隨鏈指數(shù)m的增加而減小；鏈指數(shù)m不變時(shí)，Opt（φ）隨r的增加而減�。疄榱烁玫乩斫釵pt（φ）隨m和r變化的規(guī)律，分別討論鏈之間的排斥和吸引相互作用對(duì)Opt（φ）的影響．根據(jù)（4）式可知，“原子對(duì)”之間的相互作用由短程排斥相互作用能（正值項(xiàng)）和長(zhǎng)程吸引相互作用能（負(fù)值項(xiàng)）構(gòu)成．以六螺旋鏈結(jié)構(gòu)為例，給出了分別考慮系統(tǒng)的總相互作用能、鏈之間的排斥相互作用能和吸引相互作用能時(shí)的最佳螺旋角Opt（φ）隨r變化的曲線（見圖5）．從圖5可以看出，只考慮鏈之間的排斥相互作用能時(shí)，Opt（φ）Re始終等于1°，不隨r變化而改變；只考慮鏈-鏈之間吸引相互作用時(shí)，Opt（φ）Att隨r增加而減小，說明Opt（φ）Att隨鏈-鏈之間的吸引相互作用的減小而減小，這表明鏈-鏈之間的吸引相互作用會(huì)傾向于產(chǎn)生一個(gè)更大的Opt（φ）．當(dāng)加入排斥相互作用時(shí)，Opt（φ）小于Opt（φ）Att，說明排斥相互作用會(huì)傾向于產(chǎn)生更小的螺旋角．可以看出鏈-鏈之間的吸引相互作用對(duì)螺旋鏈的最佳螺旋角起決定性作用．隨著r增加，Opt（φ）Att逐漸接近Opt（φ），表明鏈-鏈排斥相互作用對(duì)Opt（φ）的影響越來越�。虼�，圖4獲得的Opt（φ）隨m和r的變化規(guī)律可以得到很好的解釋．當(dāng)r不變時(shí)，隨m的增加，鏈-鏈之間的排斥和吸引相互作用都將增加，相比之下，短程排斥相互作用增加更迅速，所以O(shè)pt（φ）隨之減�。粗紤]鏈指數(shù)不變時(shí)，鏈-鏈相互作用隨r的增加而減小，相比之下，短程排斥相互作用減小的也更為迅速，此時(shí)，長(zhǎng)程吸引相互作用將起到主導(dǎo)性的作用．因此，最終的Opt（φ）隨r的增加（吸引相互作用的減小）表現(xiàn)為線性減小的趨勢(shì)．相比于碘鏈，溴鏈具有更小的Opt（φ），這是由于其較小的勢(shì)參數(shù)導(dǎo)致的．


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