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碳纳米管扭曲的力学性能与振荡管的热稳定性模拟研究

作　者: 李四明
导　师: 张凯旺
学　校: 湘潭大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 碳纳米管振荡管热稳定性扭转屈曲剪切模量分子动力学模拟
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

碳纳米管是由石墨片卷曲而成的非常细小的管状结构,直接采用传统的实验方法测量其热力学性能很困难甚至不太可能。本文采用经典分子动力学方法,研究了碳纳米管内纳米线结构扭曲的力学性质,发现填充有硅纳米线的碳纳米管复合体系具有更高的抗剪切能力,这对设计一些特殊功能材料提供了新思路。本文还探究了温度,团簇大小,以及碳纳米管长度对铂金属团簇振子与碳纳米管一起构成的振荡管的振荡频率的影响。利用分子动力学方法结合连续体介质力学,预测了一种封装有硅纳米线的单壁碳纳米管复合体系的扭转力学性能。利用径向分布函数和键对分析方法诠释了扭转过程中硅纳米线的形貌演变,计算了扭转过程中碳纳米管的应变能曲线,同时还计算了碳纳米管的剪切模量,结果表明复合体系的剪切模量随着扭转程度的加深而逐渐减小。还研究了完美的碳纳米管的扭转行为,并将两者者进行了对比,发现封装有硅纳米线的碳纳米管具有更优良的力学性能。本文采用分子动力学方法讨论了由(8,8)碳纳米管与铂金属团簇振子构成振荡管的热稳定性。研究发现,随着温度的升高,由铂团簇与(8,8)碳纳米管构成的振荡管的振荡频率,在温度低于400K时,由升高渐变为平稳;在400~800K之间能够保持比较平稳状态;一旦温度高于800K时,振荡管振荡频率就会降低并且出现较大涨落。计算了不同大小铂团簇振子以及不同长度的碳纳米管构成的振荡管的振荡频率,结果表明,团簇大小和碳纳米管的长度均会对振荡管振荡频率也会产生很大的影响,铂团簇的粒子数超过一定范围时,振动频率出现较大波动。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章引言  8-19
  1.1 碳纳米管内填充纳米结构的复合体系与振荡管  8-16
    1.1.1 碳纳米管的模板效应  8-10
    1.1.2 碳纳米管的力学性能  10
    1.1.3 碳纳米管的屈曲  10-13
    1.1.4 键对分析  13-14
    1.1.5 碳纳米管构成的振荡管  14-16
  1.2 问题的提出与研究方法  16-17
    1.2.1 问题的提出  16-17
    1.2.2 分子动力学方法  17
    1.2.3 势函数  17
  1.3 本文研究内容、目的及意义  17-19
第2章碳纳米管内纳米线结构扭曲的力学性质  19-27
  2.1 碳纳米管内硅纳米线结构模型  19-20
    2.1.1 包裹有硅纳米线的碳纳米管的结构  19-20
    2.1.2 应变能与剪切模量  20
  2.2 扭转包裹硅纳米线的碳纳米管  20-26
    2.2.1 扭转过程中碳纳米管的形貌演变  20-21
    2.2.2 扭转过程中个硅纳米线的形貌演变  21-23
    2.2.3 应变能随扭转角的变化关系  23-25
    2.2.4 纳米线对碳纳米管剪切模量的影响  25-26
  2.3 小结  26-27
第3章碳纳米管内铂振子振荡器的热稳定性  27-35
  3.1 碳纳米管内铂振子振荡器的结构模型  27-28
  3.2 温度对振荡频率的影响  28-31
    3.2.1 不同温度下的能量  28
    3.2.2 结构融化对振荡频率的影响  28-31
  3.3 团簇大小对振荡频率的影响  31-32
    3.3.1 振荡频率与粒子的关系  31-32
    3.3.2 振荡频率出现波动的原因  32
  3.4 碳纳米管长度对振荡周期的影响  32-33
  3.5 小结  33-35
第4章总结与展望  35-37
  4.1 总结  35-36
  4.2 展望  36-37
参考文献  37-41
致谢  41-42
攻读硕士学位期间完成的论文和参与的科研项目  42
  1. 完成的论文  42
  2. 参与的项目  42

碳纳米管扭曲的力学性能与振荡管的热稳定性模拟研究

内容摘要

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