單壁碳納米管連接結中缺陷移動與修復的分子動力學研究.pdf

1、單壁碳納米管(SWCNTs)連接結是一種潛在的理想結構,Ouyang等人在science上曾報道制備出(22,-5)/(21,-2)和(11,8)/(9,6)兩種碳納米管連接結。2004年Hashimoto等人也通過電子輻照制作了一個混合手性(17,0)/(18,0)單壁碳納米管連接結。由此可見,碳納米管連接結是存在的并且可以通過輻射誘導制作的。本文采用分子動力學模擬方法,研究了拓撲缺陷單壁碳納米管連接結的形成規(guī)律,并探討了高溫下這些碳

2、納米管連接結中缺陷移動與修復的微觀機制。研究結果主要包括以下幾個方面:
　　1、采用分子動力學方法模擬了單壁碳納米管連接結的形成過程。采用Tersoff勢函數(shù)描述碳原子間的相互作用,將相鄰鋸齒型碳納米管或扶手型碳納米管進行對接,通過分子動力學模擬高溫退火后得到拓撲缺陷單壁碳納米管連接結的結構,結果表明:不同手性的單壁碳納米管對接可以形成有規(guī)律的連接結結構,且連接處是由五七邊形組成的拓撲缺陷,與之前的實驗研究結果相一致。
　　

3、2、以(7,0)/(8,0)鋸齒型和(6,6)/(7,7)扶手型碳納米管連接結為例探究了單壁碳納米管連接結的熱穩(wěn)定性,結果表明:在高溫條件下,五七拓撲缺陷中的五邊形兩翼的兩個C原子擁有較低的移除能,更容易被蒸發(fā)離開體系。
　　3、提出高能量的原子優(yōu)先被蒸發(fā)的機制,采用分子動力學方法先模擬了(7,0)/(8,0)鋸齒型拓撲缺陷單壁碳納米管連接結中缺陷在高溫下的移動與修復的動力學過程。結果表明:由一對五七邊形拓撲缺陷組成的單壁碳納米管

4、連接結,缺陷處的 C原子由于高溫或者受輻射被蒸發(fā)而得到自我修復,拓撲缺陷能沿著碳納米管直線或者螺旋方向朝半徑大的一端移動,且移動呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。隨著原子的不斷蒸發(fā)離開體系,發(fā)現(xiàn)扭結既有直線運動又有螺旋運動。
　　4、按照高能量的原子優(yōu)先被蒸發(fā)的機制,模擬了(6,6)/(7,7)扶手型拓撲缺陷單壁碳納米管連接結在高溫下的移動與修復情況。模擬結果表明,與(7,0)/(8,0)鋸齒型拓撲缺陷單壁碳納米管連接結中缺陷的移動路徑大不相同