碳纳米管熔接金属电极的分子动力学模拟研究

摘要

碳纳米管具有奇特的结构和良好的电学性能,利用碳纳米管制造的纳米电子器件具有尺寸小、速度高、功耗少和造价低等优势,它将成为后摩尔时代取代硅材料的重要电子材料。然而,利用碳纳米管制造纳米电子器件面临着许多技术难题,碳纳米管与金属电极之间的连接就是制造碳纳米管电子器件难以克服的众多技术难题之一。人们对碳纳米管与金属电极之间的连接的物理机制尚处于猜想与实验阶段,由于实验上很难直接获得观测碳纳米管与金属电极接触的复合结构及其冷却过程中的结构演化信息。近年来,碳纳米管与金属电极的连接已经得到深入广泛的计算模拟研究。而采用第一性原理计算只能限于一些简单的体系,因此采用分子动力学模拟便成为一种在原子尺度上理解和预测碳纳米管与金属电极的连接性质的最好手段。
　　本文采用分子动力学模拟方法,研究了单壁碳纳米管与金属电极的高温熔接,一般情况下碳纳米管与金属电极直接熔接有困难,模拟结果表明,用端口吸附了金属团簇的碳纳米管在高温下能很好地与金属电极进行熔接。主要包括以下几个方面的内容:
　　1.首先将Au团簇放置碳纳米管开口处进行高温退火,Au团簇部分Au原子进入碳纳米管管内,吸入碳纳米管中的Au原子形成壳层螺旋结构的Au纳米线,碳纳米管管外的Au团簇中的Au原子呈无定形结构,退火温度以1100K左右为好。
　　2.然后将吸附了Au团簇的碳纳米管与Au电极进行熔接,高温退火后,碳纳米管与Au电极表面之间形成了稳固的熔接,熔接处的Au原子与Au电极表面完全熔合形成稳定的台阶状面心立方结构原子层,退火最佳温度为800K左右。
　　3.研究了单壁碳纳米管与Pt团簇以及Pt电极表面原子层的高温熔接,高温退火后,形成与Au的情况相类似的稳固结构。

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第1章 引 言

1.1 碳纳米管连接金属电极概述

1.2 碳纳米管连接金属电极的研究背景

1.3 分子动力学方法理论

1.4 势函数

1.5 微观结构分析方法

1.6 计算细节

1.7 本文的研究目的与研究内容

第2章 碳纳米管高温熔接Au团簇

2.1 引言

2.2 势能模型与模拟参数

2.3 不同类型的碳纳米管高温熔接Au团簇

2.4 本章小结

第3章 吸附了Au团簇的碳纳米管高温熔接Au电极

3.1 引言

3.2 势能模型与模拟参数

3.3 吸附了Au团簇的不同类型的碳纳米管高温熔接Au电极

3.4 本章小结

第4章 碳纳米管与Pt团簇和Pt电极的高温熔接

4.1 引言

4.2 势能模型与模拟参数

4.3 碳纳米管与Pt团簇的高温熔接的复合结构

4.4 吸附了Pt团簇的碳纳米管高温熔接Pt电极

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

个人简历和攻读硕士学位期间公开发表的论文