本文關(guān)鍵詞：Si團(tuán)簇在碳納米管中的結(jié)構(gòu)特性研究

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【摘要】：碳納米管具有納米尺度的受限空間,管壁很穩(wěn)定,可以對(duì)內(nèi)部物質(zhì)起到支撐、保護(hù)、存儲(chǔ)的作用,而且碳納米管可以當(dāng)作一種納米尺度的模具,使填充物變成鏈狀或螺旋結(jié)構(gòu)。除此之外,填充物反過(guò)來(lái)也會(huì)改變碳納米管原有的性能,形成性能優(yōu)良的復(fù)合材料。本文采用經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)的方法,選取Tersoff勢(shì)函數(shù),研究了硅納米線填充不同直徑的扶手椅型單壁碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性以及硅團(tuán)簇在扶手椅型單壁碳納米管中快速凝固的結(jié)構(gòu)演變特性。以一定直徑立方鉆石結(jié)構(gòu)[111]晶向的硅納米線填充不同扶手椅型單壁碳納米管,模擬此復(fù)合結(jié)構(gòu)的加熱過(guò)程,通過(guò)可視化和能量分析的方法判斷復(fù)合結(jié)構(gòu)中硅納米線和碳納米管的熱穩(wěn)定性。通過(guò)討論碳納米管的空間限制作用和分子間相互作用力的關(guān)系,對(duì)碳納米管和硅納米線的熱穩(wěn)定性變化進(jìn)行了初步解釋。研究發(fā)現(xiàn)碳納米管中硅納米線的熱穩(wěn)定性和碳納米管的直徑有很緊密的關(guān)系:與自由空間中硅納米線的熱穩(wěn)定性相比,當(dāng)管徑較小時(shí),硅納米線的熱穩(wěn)定性有所提高,當(dāng)管徑增大到一定尺寸時(shí),硅納米線的熱穩(wěn)定性會(huì)突然顯著地下降,直到硅納米線與管壁不存在分子間相互作用力,硅納米線的熱穩(wěn)定性才會(huì)恢復(fù)。而硅納米線填充到碳納米管中對(duì)碳納米管的熱穩(wěn)定性有著明顯的降低作用。對(duì)硅在(13,13)、(19,19)、(25,25)碳納米管中以2×1010 K/s、1×1011 K/s、1×1012 K/s的冷速快速凝固的過(guò)程進(jìn)行模擬,采用可視化、平均配位數(shù)、鍵角分布、二面角分布的方法來(lái)表征硅團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)特征以及分析在凝固過(guò)程中硅團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)演變特性。研究發(fā)現(xiàn)冷速越慢,管徑越大,平均配位數(shù)下降得越快。鍵角分析和二面角分析發(fā)現(xiàn)受限于碳納米管中的硅團(tuán)簇在快速凝固過(guò)程中,更傾向于形成近似鉆石結(jié)構(gòu)單元特征的結(jié)構(gòu),而且冷速越慢越有利于形成鉆石結(jié)構(gòu)單元。此外管徑對(duì)硅團(tuán)簇凝固過(guò)程中形成鉆石結(jié)構(gòu)單元的能力有影響:適當(dāng)管徑大小,冷速越低,對(duì)形成由鉆石結(jié)構(gòu)基本單元組合成的硅團(tuán)簇是有利的,當(dāng)管徑較小,空間受限作用較大或者管徑很大,空間受限作用較小時(shí),硅在受限空間中形成具有鉆石結(jié)構(gòu)單元團(tuán)簇的能力都不是最強(qiáng)的。
【關(guān)鍵詞】：分子動(dòng)力學(xué) 單壁碳納米管 硅納米線 熱穩(wěn)定性 快速凝固
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O613.71;TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 第一章 前言8-19
• 1.1 碳納米管簡(jiǎn)介8-14
• 1.1.1 碳納米管的結(jié)構(gòu)8-11
• 1.1.2 碳納米管的制備11-13
• 1.1.3 碳納米管的性質(zhì)及應(yīng)用13-14
• 1.2 硅納米線簡(jiǎn)介14-15
• 1.3 碳納米管內(nèi)部填充的研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 碳納米管填充技術(shù)15-16
• 1.3.2 碳納米管填充特性16-18
• 1.4 本文研究工作的目的及主要內(nèi)容18-19
• 第二章 研究方法19-31
• 2.1 分子動(dòng)力學(xué)模擬19-28
• 2.1.1 經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)方法基本理論19-20
• 2.1.2 勢(shì)能函數(shù)20-23
• 2.1.3 時(shí)間步長(zhǎng)與積分算法23-24
• 2.1.4 周期性邊界條件24-25
• 2.1.5 溫度和壓強(qiáng)的控制25-27
• 2.1.6 系綜原理27-28
• 2.2 鍵角分布函數(shù)28-29
• 2.3 二面角分析方法29-31
• 第三章 碳納米管包裹的硅納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性研究31-42
• 3.1 引言31-32
• 3.2 模擬方案32-33
• 3.3 模擬結(jié)果和討論33-41
• 3.3.1 自由空間中SiNW模擬結(jié)果33-34
• 3.3.2 自由空間中SWCNT的模擬結(jié)果34-35
• 3.3.3 SiNW@SWCNT的模擬結(jié)果35-40
• 3.3.4 對(duì)模擬結(jié)果的討論40-41
• 3.4 結(jié)論41-42
• 第四章 碳納米管中Si快速凝固過(guò)程中的結(jié)構(gòu)演變42-56
• 4.1 引言42-43
• 4.2 模擬方案43
• 4.3 模擬結(jié)果與分析43-54
• 4.3.1 平均配位數(shù)分析44-46
• 4.3.2 鍵角分布46-50
• 4.3.3 二面角分布50-54
• 4.4 結(jié)論54-56
• 第五章 總結(jié)與展望56-58
• 5.1 總結(jié)56-57
• 5.2 展望57-58
• 參考文獻(xiàn)58-64
• 致謝64-66
• 附錄66-67

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