碳纳米卷的形成机制及相关特性

发布时间：2020-11-08 13:40

　　 碳纳米卷轴结构是一种由单片石墨烯卷曲而成的结构,与多壁纳米碳管不同,碳纳米卷具有边缘开放的结构特征。在通常的碳纳米管制备过程中,碳纳米卷甚至比纳米碳管有更大的产额,是更易出现的结构,其在储氢以及医药载体等方面可能与碳纳米管有同样广泛的应用,已经引起了许多研究者的关注,但是其形成机制至今尚不明确。我们采用分子动力学方法,通过对石墨带自发嵌入单壁纳米碳管中形成螺旋带,并进而演化成碳纳米卷的过程进行了模拟,主要结果有:1.本文通过分子动力学模拟,选用AIREBO势函数,讨论了石墨带进入单壁纳米碳管后形状的变化。研究发现(1)当纳米石墨带进入碳管内部形成稳定的纳米螺旋带后,其相邻螺旋环之间的距离保持为3.5 A,与纳米带宽度无关;(2)碳管内螺旋带与碳管壁的距离为3.5 A,与碳管类型及纳米带长度、宽度无关;(3)碳管内螺旋带的本征振动频率约在1010量级;(4)为了在直径为D,长度为L的单壁纳米碳管中形成完美的石墨带螺旋结构,石墨带的长度l需要满足:(?)A.(其中w≥4.27A,D≥ 23.05A).2.在形成石墨带螺旋结构的基础上,进一步模拟发现,通过移动碳管或者石墨螺旋带将两者分离,在一定条件下,石墨螺旋带可以自发的形变为石墨卷。只要石墨带能在不同的碳管内部形成螺旋结构,并在脱离碳管束缚后还能形成稳定的纳米卷,其最终所形成的纳米卷的结构将基本一致,与前期所用的碳管长度、直径无关,其中心圈层直径在20A附近振荡,长度不同的石墨带所形成的石墨卷只在卷的圈数上存在差异。这一结果可能会为制备特定尺寸的纳米卷带来极大便利。3.根据石墨卷形成的模拟过程,提出实验中纳米石墨卷产生的一种可能机制,即在诸如电弧放电制备碳纳米管的方法中,一些长度和宽度适宜的石墨带首先被吸入某些碳纳米管中形成石墨螺旋带,然后由于热运动造成的不断碰撞过程中,一些石墨螺旋带有机会脱离碳管的束缚而自发形成更为稳定的石墨卷结构。因此,可以通过电镜观察到实验产物中并存有碳纳米管及石墨卷的存在。
【学位单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1;O613.71
【部分图文】：

到碳管纳米卷结构。这种化学页状剥离法为制备大量纯的碳能。目前，如何精确控制和制备预设的纳米卷结构，例如，数的石墨片卷曲而成的碳纳米卷仍然仍然是一项难题。??卷结构的形成机制方面，理论上一般采用分子动力学方法。人应用分子动力学模拟对碳纳米卷轴结构的形成和动力学通过卷曲单层的石墨烯得到碳纳米卷，并且考虑了电荷对纳注入大量电荷的时候，纳米卷由于库伦斥力发生扩张，随着卷的半径随之增加。ＨＵａｎｇ［Ｍ等人计算了在单层石墨片上放片围绕碳管折叠而形成纳米卷结构的过程。Ｚｈｕ＾等人则通附着氢原子的模型，计算了石墨烯由于应力而卷曲成纳米Ｗａｌｌａｃｅ＾也模拟了单层石墨烯形成纳米卷结构的过程，与，他们通过在石墨片上除去部分碳原子后形成的空位来降低并分析不同浓度的空位对能量势垒的影响。实验通过电镜观］，不仅存在类似单层石墨片从一边卷曲而成的纳米卷结构，的一对纳米卷的结构，可以看成是由石墨片相对的两边相向

分子动力学模拟的过程可分为如下四个步骤：（１）选定势函数；（２）设定初始??条件；（３）趋于平衡过程，即系统弛豫过程；（４）数据处理，计算宏观量。分子动??力学模拟的流程图如图２．１所示。??选定势函数，设置粒子初始位置和速度?设置温度、压强、能量等???ＶＬ??根据初始状态计算各粒子受力情况???＞?增加一个时间步长，计算粒子的运动方程???一?判断是否达到指定运算时间??是????Ｉ????结束运算，输出运算结果，处理数据??图２．１分子动力学模拟流程图??２．１．３分子动力学模拟软件简介??分子动力学模拟的软件众多，本文主要用ＬＡＭＭＰＳ（Ｌａｒｇｅ－ｓｃａ丨ｅＡｔｏｍｉｃ／Ｍ－??ｏｌｅｃｕｌａｒ?Ｍａｓｓｉｖｅｌｙ?Ｐａｒａｌｌｅｌ?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）进行松拟Ｕ■算。ＬＡＭＭＰＳ?足？款常丨｜ｊ的分??子动力学模拟软件，用户可以免费Ｋ载并且可以修改源程序，方便各种模拟需求，??同时ＬＡＭＭＰＳ可以在并行环境中Ｕ？算，有强大的计算优势，能够校拟上百万的??５??

分子动力学模拟的过程可分为如下四个步骤：（１）选定势函数；（２）设定初始??条件；（３）趋于平衡过程，即系统弛豫过程；（４）数据处理，计算宏观量。分子动??力学模拟的流程图如图２．１所示。??选定势函数，设置粒子初始位置和速度?设置温度、压强、能量等???ＶＬ??根据初始状态计算各粒子受力情况???＞?增加一个时间步长，计算粒子的运动方程???一?判断是否达到指定运算时间??是????Ｉ????结束运算，输出运算结果，处理数据??图２．１分子动力学模拟流程图??２．１．３分子动力学模拟软件简介??分子动力学模拟的软件众多，本文主要用ＬＡＭＭＰＳ（Ｌａｒｇｅ－ｓｃａ丨ｅＡｔｏｍｉｃ／Ｍ－??ｏｌｅｃｕｌａｒ?Ｍａｓｓｉｖｅｌｙ?Ｐａｒａｌｌｅｌ?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）进行松拟Ｕ■算。ＬＡＭＭＰＳ?足？款常丨｜ｊ的分??子动力学模拟软件，用户可以免费Ｋ载并且可以修改源程序，方便各种模拟需求，??同时ＬＡＭＭＰＳ可以在并行环境中Ｕ？算，有强大的计算优势，能够校拟上百万的??５??
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;昆明高新区碳纳米纸 新生产工艺打破美国垄断[J];福建纸业信息;2018年05期

2 本刊讯;;昆明高新区企业纳太科技成功研发碳纳米纸生产技术[J];纸和造纸;2018年03期

3 王晓筠;李波;陈力;李迪;曲松楠;李志民;;应用于生物医疗领域的碳纳米点及其复合物[J];中国光学;2018年03期

4 张士超;林晨韵;黄浩;郭嘉庆;黄庭庭;冼嘉琪;翁文;;氮掺杂碳纳米粒子荧光共振能量转移测定核黄素[J];化学试剂;2017年09期

5 黄丽;黄嘉欣;陈美潇;郑婵;;碳纳米点的制备及其非线性光限幅性能研究[J];福建工程学院学报;2017年04期

6 霍绍森;陈志远;黄丽;吕亚非;刘勇;;碳纳米点的制备及应用研究进展[J];材料导报;2015年23期

7 万莉;马永军;李静东;;基于碳纳米线的三维编织复合材料制件内部缺陷检测研究[J];产业用纺织品;2015年11期

8 万莉;郭建民;马永军;;三维编织复合材料弯曲承载下嵌入碳纳米线的特性分析[J];纺织学报;2016年01期

9 郭建民;万振凯;;嵌入碳纳米线的三维编织复合材料损伤监测[J];纺织学报;2016年04期

10 李素萍;关怀民;朱树芸;GILANI Muhammad Rehan Hassan Shah;HANIF Saima;徐国宝;童跃进;;单壁碳纳米角电化学应用[J];电化学;2014年06期

相关博士学位论文 前10条

1 刘杰;低电压有机场效应晶体管及其在互补电路和存储器中的应用[D];苏州大学;2017年

2 付新;碳纳米线圈的调控制备及其在SERS中的应用[D];大连理工大学;2017年

3 张淼;多结构碳纳米复合材料的合成及其储能应用[D];天津大学;2017年

4 贾树生;基于三维编织复合材料的碳纳米线传感特性及其应用研究[D];天津工业大学;2017年

5 吴思武;碳纳米点在橡胶复合材料中的应用研究[D];华南理工大学;2018年

6 弓晓娟;荧光碳纳米粒子的制备及应用研究[D];山西大学;2016年

7 路大鹏;基于六苯并蔻和卟啉共轭结构单元碳纳米环合成及性质研究[D];中国科学技术大学;2017年

8 闫妍;有机—有机自组装合成新型碳纳米结构及其形貌控制和性质研究[D];复旦大学;2007年

9 王华;基于碳纳米墙的半导体复合材料制备、表征及其光催化性能研究[D];大连理工大学;2008年

10 刘建勋;新型碳纳米管基复合燃烧催化剂的制备及其在固体推进剂中的应用[D];南京理工大学;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 何俊男;碳纳米管基离子印迹材料的制备及其性能研究[D];华北理工大学;2018年

2 吕扬;环糊精功能化碳纳米粒子的制备、结构及催化研究[D];安徽师范大学;2018年

3 张军;碳纳米点在WO_3基Z型异质结制备及应用中的作用研究[D];吉林大学;2018年

4 徐祥东;金/碳纳米酶的制备及其在肿瘤光热—活性氧协同治疗中的应用[D];扬州大学;2018年

5 宋欣;基于聚丙烯腈的碳纳米纤维复合材料的制备与应用[D];扬州大学;2018年

6 卢文君;碳纳米卷的形成机制及相关特性[D];南京师范大学;2018年

7 徐令令;多级碳纳米结构在能源储存领域中的应用[D];湖南大学;2017年

8 贺欢欢;氮掺杂碳纳米粒子对甘蓝型油菜镉积累和镉转运体基因表达的影响[D];湖南科技大学;2017年

9 李有彬;限域与吸附协同作用的锂硫电池正极材料的构建与性能研究[D];南京大学;2018年

10 唐荣平;碳纳米管基复合材料的制备及在PMMA骨水泥中的应用研究[D];西南交通大学;2018年

本文编号：2874863