本文關(guān)鍵詞：運動帶電粒子與納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)相互作用尾流效應(yīng)和溝道過程的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：納米結(jié)構(gòu)的材料具有獨特的電學(xué)、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、光學(xué)特性,直接涉及到電子、計算機、通訊、生物醫(yī)藥、能源、環(huán)境等諸多領(lǐng)域,是現(xiàn)代材料學(xué)和物理學(xué)的前沿課題。特別是,研究運動帶電粒子與納米結(jié)構(gòu)的物質(zhì)相互作用過程,可以有效促進離子束表面改性、離子束注入、納米器件的沉積與制備等技術(shù)的發(fā)展。例如,碳納米管優(yōu)異的結(jié)構(gòu)特點和電學(xué)性質(zhì),不斷吸引人們采用碳納米管輸運帶電粒子束,實現(xiàn)納米量級的粒子束控制技術(shù)和場發(fā)射技術(shù)。其次,由于金屬納米制造技術(shù)在設(shè)計和應(yīng)用上的快速發(fā)展,促使研究者們探索由運動離子引起的納米結(jié)構(gòu)金屬的激發(fā)現(xiàn)象。另外,在納米尺度內(nèi)研究帶電粒子與粗糙的金屬表面相互作用引起的尾流效應(yīng),可以從能量分布角度進行定量的測量和分析,從而獲得金屬物質(zhì)的詳細信息。由于外來離子的入射,金屬表面或體內(nèi)電子容易受激發(fā),產(chǎn)生感應(yīng)電荷密度和空間感應(yīng)電勢的尾流效應(yīng),進而對入射離子產(chǎn)生橫向阻止力及縱向鏡像力等,影響入射離子的運動。因此,金屬材料表面及體內(nèi)電子的激發(fā)尾流效應(yīng)與入射離子的運動過程密切相關(guān)。本文模擬計算了攜能為keV-MeV的帶電粒子在碳納米管內(nèi)的溝道過程,并研究了帶電粒子與納米結(jié)構(gòu)的金屬板和納米級粗糙的金屬表面相互作用引起的尾流效應(yīng)。具體章節(jié)安排如下：在第二章中,首先介紹了與碳納米管能帶特點和具體幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)的理論模型：采用半經(jīng)典的動力學(xué)模型和線性介電響應(yīng)理論相結(jié)合的方法,研究了具有不同能帶結(jié)構(gòu)的單壁碳納米管(SWCNT)管壁電子的極化效應(yīng)對帶電離子的影響；當運動離子足夠接近管壁碳原子時,利用分子動力學(xué)方法(MD)模擬帶電離子與碳原子之間的多體相互作用。其中采用REBO勢描述原子之間的相互作用勢,其沿納米管半徑方向呈先吸引后排斥作用。在極化引力勢和近距離的REBO勢共同作用下,結(jié)果表明,運動離子在碳納米管內(nèi)被管壁連續(xù)反射：當處于總勢能勢阱位置附近時,運動離子呈小角度反射的螺旋狀前進；遠離勢阱時,以大角度的反射前進,并很有可能穿透管壁運動出去。此溝道過程與運動離子的初始條件相關(guān)。此外,通過計算運動離子的能量損失,估算能量為56.25keV的入射氫離子最遠可以穿過長度約為10μm的SWCNT.以上這些結(jié)論,為碳納米管粒子束技術(shù)的研究與實現(xiàn)提供了一定的理論依據(jù)。最后,本章還比較了入射離子分別對單、雙壁碳納米管(2WCNTs)管壁電子尾流效應(yīng)的影響,發(fā)現(xiàn)2WCNTs和具有相同外壁半徑SWCNT相比,由于內(nèi)壁的存在使外壁的尾流效應(yīng)更加明顯。在第三章中,利用量子流體動力學(xué)(QHD)模型,研究了帶電粒子在納米結(jié)構(gòu)的金屬板內(nèi)運動產(chǎn)生的尾流效應(yīng)。QHD模型中,電子氣擾動的量子效應(yīng)表現(xiàn)在同時考慮壓強項和Bohm量子勢對感應(yīng)電荷密度的梯度修正,因此感應(yīng)電荷密度方程變得相對復(fù)雜。為了得到感應(yīng)電荷密度和感應(yīng)電勢,本章引入了符合物理意義的兩組邊界條件——Bohm量子勢或者Bohm力的垂直分量在邊界處為零。結(jié)果表明,不同邊界條件的選擇只影響帶電離子較遠位置處的尾流電勢。此外,通過比較QHD模型和經(jīng)典流體動力學(xué)(SHD)模型,發(fā)現(xiàn)在入射離子附近和遠離入射離子的位置處觀察,兩種模型得到的尾流電勢區(qū)別較明顯,這是由于SHD模型中電子的量子效應(yīng)只體現(xiàn)在Thomas-Fermi壓強項上,而QHD模型還考慮了Bohm量子勢的影響。并且,對于越薄的金屬板,或者入射離子的速度越接近金屬板集體激發(fā)時的臨界速度,尾流電勢的區(qū)別越容易觀察到。最后,和局域流體動力學(xué)(LHD)模型相比,由于QHD模型和SHD模型考慮了電子的量子效應(yīng),尾流電勢和阻止本領(lǐng)的值明顯被降低。以上結(jié)果,特別是不同邊界條件的選擇,對于研究入射粒子與金屬板等相關(guān)納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)相互作用引起的非局域效應(yīng),具有一定的參考價值。在第四章中,應(yīng)用格林函數(shù)結(jié)合微擾理論的方法描述納米級粗糙金屬表面的介電響應(yīng)形式,研究了不同粗糙程度的表面對單離子或雙離子入射時尾流效應(yīng)的影響。粗糙程度在納米量級的金屬表面用隨機理論表示。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當單個離子入射到金屬表面上時,粗糙表面加強了金屬的尾流效應(yīng),使尾流電勢、入射離子的自能和阻止本領(lǐng)的值都得到不同程度地增強。當兩個具有一定距離的離子同時入射到金屬表面上時,粗糙的表面對離子之間的屏蔽相互作用能影響較小,而對能量損失的比值影響較大,使能量損失的比值隨離子之間距離的增加出現(xiàn)明顯振蕩。
【關(guān)鍵詞】：碳納米管 納米結(jié)構(gòu)金屬板 納米級粗糙金屬表面 尾流效應(yīng) 溝道過程 量子流體動力學(xué)模型
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 目錄9-11
• TABLE OF CONTENTS11-13
• 圖目錄13-17
• 表目錄17-18
• 主要符號表18-20
• 1 緒論20-36
• 1.1 納米結(jié)構(gòu)材料介紹20-25
• 1.1.1 碳納米管20-23
• 1.1.2 石墨烯23-24
• 1.1.3 納米結(jié)構(gòu)金屬板和納米級粗糙金屬表面24-25
• 1.2 運動帶電粒子與納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)相互作用研究進展25-34
• 1.2.1 單電子激發(fā)和集體激發(fā)25-26
• 1.2.2 尾流效應(yīng)和阻止本領(lǐng)26-27
• 1.2.3 運動帶電粒子與碳納米管相互作用研究現(xiàn)狀27-32
• 1.2.4 運動帶電粒子和納米結(jié)構(gòu)金屬板相互作用32-33
• 1.2.5 運動帶電粒子和粗糙金屬表面相互作用33-34
• 1.3 本文研究內(nèi)容與安排34-36
• 2 中能入射帶電粒子在碳納米管內(nèi)溝道過程研究36-62
• 2.1 引言36-37
• 2.2 模型描述及公式推導(dǎo)37-44
• 2.2.1 單壁碳納米管半經(jīng)典動力學(xué)模型37-40
• 2.2.2 雙壁碳納米管半經(jīng)典動力學(xué)模型40-41
• 2.2.3 基于REBO勢的分子動力學(xué)模型41-44
• 2.3 數(shù)值模擬結(jié)果與討論44-60
• 2.3.1 帶電粒子在單壁碳納米管內(nèi)溝道過程44-56
• 2.3.2 帶電粒子在單壁和雙壁碳納米管內(nèi)尾流效應(yīng)研究56-60
• 2.4 本章小結(jié)60-62
• 3 運動帶電粒子和納米結(jié)構(gòu)金屬板相互作用尾流效應(yīng)研究：基于量子流體動力學(xué)模型62-85
• 3.1 引言62-63
• 3.2 理論模型及推導(dǎo)63-72
• 3.2.1 QHD、SHD、局域響應(yīng)流體動力學(xué)(LHD)模型推導(dǎo)63-66
• 3.2.2 QHD模型中感應(yīng)電荷密度和感應(yīng)電勢66-68
• 3.2.3 邊界條件68-72
• 3.2.4 阻止本領(lǐng)72
• 3.3 模擬結(jié)果和討論72-84
• 3.4 本章小結(jié)84-85
• 4 運動帶電粒子和納米級粗糙金屬表面相互作用85-101
• 4.1 引言85-86
• 4.2 理論模型描述86-90
• 4.3 模擬結(jié)果及討論90-100
• 4.3.1 單離子入射時納米級粗糙金屬表面對尾流效應(yīng)影響90-95
• 4.3.2 雙離子入射時粗糙表面對屏蔽相互作用能和能量損失比值影響95-100
• 4.4 本章小結(jié)100-101
• 5 結(jié)論與展望101-103
• 5.1 主要結(jié)論101-102
• 5.2 創(chuàng)新點摘要102
• 5.3 展望102-103
• 參考文獻103-113
• 附錄A 金屬板內(nèi)感應(yīng)電勢特殊解求解過程113-115
• 附錄B 粗糙表面金屬感應(yīng)電勢格林函數(shù)系數(shù)求解115-116
• 攻讀博士學(xué)位期間科研項目及科研成果116-117
• 致謝117-119
• 作者簡介119

  本文關(guān)鍵詞：運動帶電粒子與納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)相互作用尾流效應(yīng)和溝道過程的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：309858