發(fā)布時(shí)間：2018-04-10 00:26

  本文選題：納米馬達(dá)　切入點(diǎn)：碳納米管　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：多壁碳納米管的管間具有超低摩擦特性,同時(shí)管壁具有超高模量和強(qiáng)度。因此,納米管成為制造納米器件的理想備選材料。2014年,基于雙壁碳納米管的熱驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)納米馬達(dá)被發(fā)現(xiàn)以來(lái),由于馬達(dá)轉(zhuǎn)子具有尺寸小、轉(zhuǎn)速高的特點(diǎn),造成轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)觀測(cè)極為困難。本論文使用分子動(dòng)力學(xué)方法,通過(guò)在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸管上添加可變翼的方法,并結(jié)合碳管探針,考察轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)觀測(cè)與調(diào)控的可行性研究。研究取得如下成果:(1)在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上鍵結(jié)一段部分氫化的石墨烯納米帶,構(gòu)建“碳納米管+石墨烯”轉(zhuǎn)子。當(dāng)復(fù)合轉(zhuǎn)子被激發(fā)轉(zhuǎn)動(dòng)后,石墨烯翼被帶動(dòng)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界值時(shí),石墨烯翼在離心力作用下克服轉(zhuǎn)軸碳納米管的范德華引力,并迅速展開(kāi)。與此同時(shí),復(fù)合轉(zhuǎn)子的平均轉(zhuǎn)速因轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的迅速增加而陡降。觀測(cè)對(duì)象尺寸變大、轉(zhuǎn)速變小都可降低轉(zhuǎn)動(dòng)觀測(cè)的難度。(2)在上述可變石墨烯翼的自由端鍵結(jié)一個(gè)新的碳納米管,稱(chēng)為尾管,并在距離烯片完全展開(kāi)后能經(jīng)過(guò)的路徑上布置一個(gè)碳納米管探針。同樣地,在復(fù)合轉(zhuǎn)子被激發(fā)轉(zhuǎn)動(dòng)后,當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界值時(shí),尾管隨石墨烯翼脫離軸管的引力。此刻轉(zhuǎn)速會(huì)有所下降,當(dāng)轉(zhuǎn)速重新回到臨界值后,尾管經(jīng)過(guò)探針時(shí),會(huì)發(fā)生碰撞。通過(guò)觀察探針是否出現(xiàn)大幅振動(dòng)判斷納米馬達(dá)是否轉(zhuǎn)動(dòng)。(3)利用上述納米馬達(dá)+探針的模型,討論了探針位置、最大撓度與熱驅(qū)動(dòng)納米馬達(dá)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系,建立了轉(zhuǎn)速可控的納米馬達(dá)模型。模型中石墨烯翼通過(guò)兩面交替氫化方式制作成納米彈簧。數(shù)值結(jié)果表明,復(fù)合轉(zhuǎn)子被激發(fā)轉(zhuǎn)動(dòng)中,石墨烯翼的長(zhǎng)度會(huì)隨轉(zhuǎn)速的增加而增加。探針的最大撓度隨尾管的速度(正比于轉(zhuǎn)子平均轉(zhuǎn)速)增加而增加。通過(guò)調(diào)整探針的相對(duì)位置,可以控制石墨烯翼的伸長(zhǎng)量,從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的調(diào)控。
[Abstract]:The multiwalled carbon nanotubes (MCNTs) have ultra-low friction characteristics, and the wall has ultra-high modulus and strength.Therefore, nanotubes are ideal candidates for manufacturing nanodevices. Since 2014, when heat driven rotating nanometers based on double-walled carbon nanotubes were discovered, the rotor of the motor has been characterized by its small size and high speed.It is extremely difficult to observe the rotation of the rotor.In this paper, the feasibility of rotor rotation observation and control was investigated by adding variable wing to rotor shaft tube and combining carbon tube probe with molecular dynamics method.The results are as follows: 1) bonding a segment of hydrogenated graphene nanoribbons on the rotor shaft to construct a "carbon nanotube graphene" rotor.When the composite rotor is excited to rotate, the graphene wing is driven to quasi-synchronous rotation.When the rotational speed reaches the critical value, the graphene wing can overcome the van der Waals gravity of the rotating axis carbon nanotubes under centrifugal force, and expand rapidly.At the same time, the average rotational speed of the composite rotor drops sharply because of the rapid increase of the moment of inertia.A new carbon nanotube, called a tail tube, is bonded to the free end of the variable graphene wing by the larger size and smaller rotational speed of the observed object.A carbon nanotube probe is arranged on the path through which the alkene sheet is completely unfolded.Similarly, after the compound rotor is excited to rotate, when the rotational speed reaches the critical value, the tail tube is separated from the axial tube's gravity with the graphene wing.The speed will decrease at the moment, and when the speed is back to the critical value, the tail tube will collide as it passes through the probe.Using the model of the probe, the relationship between the position of the probe, the maximum deflection and the rotor speed of the thermally driven nano-motor is discussed.The model of nanometer motor with controllable speed was established.In the model, graphene wings are alternately hydrogenated on two sides to form nanoscale springs.The numerical results show that the length of graphene wing increases with the increase of rotating speed.The maximum deflection of the probe increases with the increase of the speed of the tail tube (proportional to the average rotor speed).By adjusting the relative position of the probe, the elongation of the graphene wing can be controlled and the rotor speed can be controlled.
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TQ127.11;TB383.1

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本文編號(hào)：1728856