SW缺陷碳纳米管的热稳定性和双壁碳纳米管的层间耦合结构

摘要

随着科技的发展,人们发现并创造了许多新材料来满足人们日益增长的需求,碳纳米管就是其中一种。基于碳纳米管的晶体管的逻辑电路,可以在单芯片上集成多种电路,解决目前半导体器件的尺寸极限问题。碳纳米管透明薄膜可以用在液态发光材料,例如LCD显示、触摸屏和太阳能光电池。碳纳米管还可以用做气体存储、纳米半导体材料等。然而,实际生产中的缺陷对碳纳米管的性质有着极大的影响。
　　本文采用经典分子动力学方法,利用Airebo势描述碳纳米管内的C-C相互作用,研究了不同手性的带有多个Stone-Wales缺陷的单壁碳纳米管的热稳定性,探究了双壁碳纳米管刃位错和螺位错及其复合结构的形成和高温稳定性。
　　首先分别研究了扶手型、螺旋型和锯齿型Stone-Wales缺陷单壁碳纳米管在不同温度下的热稳定性,分别以(10,10)、(13,7)和(18,0)三种为代表,且暂时不考虑长度和直径的影响。经研究发现:扶手型缺陷单壁碳纳米管在3000 K以较稳定,Lindemann指数曲线随着温度的上升而逐步平稳地增大。说明原子在初始位置附近做典型的热振动,能够维持碳纳米管的完整性。从3000K至更高的温度,Lindemann指数曲线的斜率急速增大。从模拟结果来看,表现为越来越多的碳原子脱离管轴,弹射向不同方向。由此判断扶手型缺陷单壁碳纳米管的熔点在3000K左右。同样螺旋型和锯齿型缺陷单壁碳纳米管的熔点分别为2800K和2500K左右。
　　双壁碳纳米管不同层间的交叉耦合对其电学、力学和热学性质有着重要的意义。由于管壁间的交叉耦合,电子和声子可以同时在不同管壁间运输,而没有交叉时传输则很困难。这种交叉耦合结构还能阻止管壁的滑移,双壁碳纳米管的力学性能将得到增强。模拟了两个管型相同的双壁碳纳米管径向错开轴向靠近放置,在室温下会形成稳定且对称的螺位错和刃位错的复合位错结构,连接处生成的四个螺位错结构能将最外层的刃位错和最里层的刃位错衔接。不同的是扶手型的内管有向外舒展的趋势,而锯齿型的内管却有向内并拢的趋势。对此结构做热稳定性分析,发现熔化首先发生在双壁碳管的螺位错结构处,用Lindeman判据得出锯齿型位错碳管的预熔化温度1500K-2400K,较扶手型位错碳管的2400K-3000K要低。同时观察到在预熔化温度时,刃位错和螺位错的复合位错结构呈现出一种交叉生长的趋势。

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第1章 引言

1.1 碳纳米管的缺陷与位错

1.2 问题的提出与研究方法

1.3 本文研究内容及意义

第2章 缺陷碳纳米管的热稳定性

2.1 缺陷碳纳米管结构模型和热稳定性判据

2.2 不同手性缺陷碳纳米管的热稳定性

2.3 小结

第3章 位错碳纳米管的热稳定性

3.1 位错碳纳米管模型的构造

3.2 扶手型位错碳纳米管的热稳定性

3.3 锯齿型位错碳纳米管的热稳定性

3.4 小结

第4章 总结与展望

4.1 总结

4.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文