Si团簇在碳纳米管中的结构特性研究

发布时间：2017-07-31 03:05

  本文关键词：Si团簇在碳纳米管中的结构特性研究

  更多相关文章： 分子动力学 单壁碳纳米管 硅纳米线 热稳定性 快速凝固

【摘要】：碳纳米管具有纳米尺度的受限空间,管壁很稳定,可以对内部物质起到支撑、保护、存储的作用,而且碳纳米管可以当作一种纳米尺度的模具,使填充物变成链状或螺旋结构。除此之外,填充物反过来也会改变碳纳米管原有的性能,形成性能优良的复合材料。本文采用经典分子动力学的方法,选取Tersoff势函数,研究了硅纳米线填充不同直径的扶手椅型单壁碳纳米管复合结构的热稳定性以及硅团簇在扶手椅型单壁碳纳米管中快速凝固的结构演变特性。以一定直径立方钻石结构[111]晶向的硅纳米线填充不同扶手椅型单壁碳纳米管,模拟此复合结构的加热过程,通过可视化和能量分析的方法判断复合结构中硅纳米线和碳纳米管的热稳定性。通过讨论碳纳米管的空间限制作用和分子间相互作用力的关系,对碳纳米管和硅纳米线的热稳定性变化进行了初步解释。研究发现碳纳米管中硅纳米线的热稳定性和碳纳米管的直径有很紧密的关系:与自由空间中硅纳米线的热稳定性相比,当管径较小时,硅纳米线的热稳定性有所提高,当管径增大到一定尺寸时,硅纳米线的热稳定性会突然显著地下降,直到硅纳米线与管壁不存在分子间相互作用力,硅纳米线的热稳定性才会恢复。而硅纳米线填充到碳纳米管中对碳纳米管的热稳定性有着明显的降低作用。对硅在(13,13)、(19,19)、(25,25)碳纳米管中以2×1010 K/s、1×1011 K/s、1×1012 K/s的冷速快速凝固的过程进行模拟,采用可视化、平均配位数、键角分布、二面角分布的方法来表征硅团簇的结构特征以及分析在凝固过程中硅团簇的结构演变特性。研究发现冷速越慢,管径越大,平均配位数下降得越快。键角分析和二面角分析发现受限于碳纳米管中的硅团簇在快速凝固过程中,更倾向于形成近似钻石结构单元特征的结构,而且冷速越慢越有利于形成钻石结构单元。此外管径对硅团簇凝固过程中形成钻石结构单元的能力有影响:适当管径大小,冷速越低,对形成由钻石结构基本单元组合成的硅团簇是有利的,当管径较小,空间受限作用较大或者管径很大,空间受限作用较小时,硅在受限空间中形成具有钻石结构单元团簇的能力都不是最强的。
【关键词】：分子动力学 单壁碳纳米管 硅纳米线 热稳定性 快速凝固
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 第一章 前言8-19
• 1.1 碳纳米管简介8-14
• 1.1.1 碳纳米管的结构8-11
• 1.1.2 碳纳米管的制备11-13
• 1.1.3 碳纳米管的性质及应用13-14
• 1.2 硅纳米线简介14-15
• 1.3 碳纳米管内部填充的研究现状15-18
• 1.3.1 碳纳米管填充技术15-16
• 1.3.2 碳纳米管填充特性16-18
• 1.4 本文研究工作的目的及主要内容18-19
• 第二章 研究方法19-31
• 2.1 分子动力学模拟19-28
• 2.1.1 经典分子动力学方法基本理论19-20
• 2.1.2 势能函数20-23
• 2.1.3 时间步长与积分算法23-24
• 2.1.4 周期性边界条件24-25
• 2.1.5 温度和压强的控制25-27
• 2.1.6 系综原理27-28
• 2.2 键角分布函数28-29
• 2.3 二面角分析方法29-31
• 第三章 碳纳米管包裹的硅纳米线复合结构的热稳定性研究31-42
• 3.1 引言31-32
• 3.2 模拟方案32-33
• 3.3 模拟结果和讨论33-41
• 3.3.1 自由空间中SiNW模拟结果33-34
• 3.3.2 自由空间中SWCNT的模拟结果34-35
• 3.3.3 SiNW@SWCNT的模拟结果35-40
• 3.3.4 对模拟结果的讨论40-41
• 3.4 结论41-42
• 第四章 碳纳米管中Si快速凝固过程中的结构演变42-56
• 4.1 引言42-43
• 4.2 模拟方案43
• 4.3 模拟结果与分析43-54
• 4.3.1 平均配位数分析44-46
• 4.3.2 键角分布46-50
• 4.3.3 二面角分布50-54
• 4.4 结论54-56
• 第五章 总结与展望56-58
• 5.1 总结56-57
• 5.2 展望57-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-66
• 附录66-67

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