基于纳米树芽的单壁碳纳米管分子结的力学与导热性能研究

发布时间：2017-10-12 01:09

  本文关键词：基于纳米树芽的单壁碳纳米管分子结的力学与导热性能研究

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【摘要】：碳纳米管及其分子结是碳纳米管网络结构的基本组成单元。通过碳纳米管分子结或交联剂将碳纳米管个体连接起来,既可以组装成为相互连接的碳纳米管网络结构的宏观体材料,也可以用作纳米电子器件的基本元件,对于碳纳米管未来的实际应用具有重要意义。碳纳米管分子结的制备方法有电子或离子束辐射,原子力显微镜的机械操作,化学修饰法以及热焊接法等,但都不能方便地得到碳碳共价键连接的分子结。因此,如何寻找更为有效的方法来生成碳纳米管分子结或寻找合适的交联剂连接碳纳米管是一个具有重要意义的课题。本文探索并提出了一种新的利用碳纳米管树芽热烧结生成碳纳米管分子结的方法,并针对该方法形成的单壁碳纳米管纳米树芽分子结的力学及导热性能进行了研究,主要包括以下内容:(1)探讨了两种生成纳米树芽的方法;并提出了一种通过热烧结纳米树芽从而在相对低温的条件下形成单壁碳纳米管分子结的方法;该方法所需的热烧结温度不依赖于碳纳米管的管径,为构建碳碳共价键连接的碳纳米管网络结构提供了一种简单有效的途径;并通过分子动力学模拟分析了由此方法形成的碳纳米管及管束的纳米树芽分子结的力学稳定性。(2)提出了一种通过分离纳米树芽分子结来得到跨接在碳纳米管外壁的碳原子单链分子结的方法;分析表明通过该方法得到的碳原子单链在最高2000K的温度下依然保持稳定。同时首次发现并探讨了纳米树芽分子结的超塑性以及在拉伸过程中出现的拉丝现象。(3)利用非平衡分子动力学施加热流法对附着型纳米树芽分子结的管间热导和轴向热阻进行了模拟与计算,并与碳纳米管X型分子结的结果进行对比。
【关键词】：单壁碳纳米管 分子动力学模拟 纳米树芽分子结 非平衡分子动力学 导热
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 碳纳米管及纳米树芽简述9-10
• 1.2 碳纳米管性能介绍10-13
• 1.2.1 CNTs力学性能10-11
• 1.2.2 CNTs光学性能11
• 1.2.3 CNTs电学性能11
• 1.2.4 CNTs热学性能11-12
• 1.2.5 CNTs其他性能12-13
• 1.3 碳纳米管分子结及其生成方法13-15
• 1.3.1 碳纳米管分子结13
• 1.3.2 碳纳米管分子结形成方法13-15
• 1.4 碳纳米管分子结力学及导热性相关研究15-16
• 1.4.1 分子结力学性能研究15-16
• 1.4.2 分子结导热性能研究16
• 1.5 本文的研究意义和主要工作16-17
• 第2章 分子动力学的基本原理及方法17-27
• 2.1 分子动力学方法17-23
• 2.1.1 基本原理17
• 2.1.2 积分算法17-18
• 2.1.3 初始及边界条件18-19
• 2.1.4 温度控制方法19-21
• 2.1.5 相互作用势函数21-23
• 2.2 原子应力的计算23
• 2.3 计算热导的分子动力学方法23-26
• 2.3.1 平衡态分子动力学方法24
• 2.3.2 非平衡态分子动力学方法24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 单壁碳纳米管纳米树芽分子结的烧结模拟研究27-33
• 3.1 纳米树芽形成的分子动力学模拟27-28
• 3.2 通过烧结生成纳米树芽分子结的模拟过程28-29
• 3.3 纳米管束的烧结模拟过程及结果29-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第4章 纳米树芽分子结分离过程中碳原子单链的生成33-42
• 4.1 碳原子链的形成33-35
• 4.2 分离过程应力及能量分析35-37
• 4.2.1 应力分析35-36
• 4.2.2 能量分析36-37
• 4.3 碳原子单链的热稳定性分析37-38
• 4.4 对比模拟及讨论38-41
• 4.4.1 碳纳米管分子结对比模拟38-40
• 4.4.2 C_(180)纳米树芽分子结对比模拟40
• 4.4.3 附着型纳米树芽分子结对比模拟40-41
• 4.5 本章小结41-42
• 第5章 基于纳米树芽的碳纳米管分子结导热特性研究42-48
• 5.1 模拟设置42-43
• 5.1.1 纳米树芽分子结烧结模拟42
• 5.1.2 NEMD模拟设置42-43
• 5.2 模拟结果43-46
• 5.3 本章小结46-48
• 第6章 结论与展望48-50
• 6.1 结论48-49
• 6.2 展望49-50
• 参考文献50-55
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果55-56
• 致谢56

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 沈超;胡雅婷;周硕;马晓兰;李华;;单壁碳纳米管低温及常温下储氢行为的模拟计算研究[J];物理学报;2013年03期

2 林毓韬;徐涛;柳清菊;;碳纳米管及其掺杂氧化物半导体气敏传感器[J];功能材料;2011年07期

3 张静;温晓南;宋启军;金赫华;李红波;李清文;;碳纳米管透明导电薄膜制备技术的研究进展[J];材料导报;2011年05期

4 张晓星;张锦斌;唐炬;孟凡生;刘王挺;;镍掺杂碳纳米管传感器检测变压器油中溶解气体的气敏性[J];中国电机工程学报;2011年04期

5 曹茂盛,高正娟,朱静;CNTs/Polyester复合材料的微波吸收特性研究[J];材料工程;2003年02期

6 姚振华,朱长纯,程敏,刘君华;使用分子动学方法研究碳纳米管的力学性质[J];真空电子技术;2002年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 吴志华;基于分子动力学单层石墨烯纳米带的拉伸力学特性研究[D];西安电子科技大学;2014年

2 陈东此;单壁碳纳米管分子结导热特性研究[D];华北电力大学;2014年

3 乔方伟;碳纳米管分子结的热烧结及C60轰击模拟研究[D];华北电力大学;2014年

4 许玉谋;双层石墨烯的等效弹性参数及力学行为分析[D];上海交通大学;2013年

5 文晓霞;纳米金属力学性能的分子动力学模拟[D];西南大学;2010年

6 杨辉;纳米材料力学性能的多种尺度模拟[D];北京工业大学;2009年

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本文编号：1015803