缺陷及预应变对双壁碳纳米管振荡器的影响

摘要

碳纳米管(CNTs)自发现以来就以其良好的力学和电学性能受到了广泛的关注。研究者们利用双壁碳纳米管（DWCNTs）之间超润滑的特性，将其运用在振荡器上，制造频率超过 GHz的机械振荡器。本文以DWCNTs为研究对象，使用分子动力学（Molecular Dynamics，MD）方法研究缺陷及预应变对DWCNTs振荡器性能的影响。研究的内容和主要结论如下：
　　（1）首先，本文在DWCNTs模型上分别对其内外管引入空位缺陷，分析了空位缺陷的数量、位置分布和排列方式对DWCNTs振荡器性能的影响。研究结果表明：当空位缺陷分布在 DWCNTs的内管上时，随着空位缺陷的增加，振幅衰减加快，品质因子（Q-factor，Q值）减小，振荡频率升高，主要原因是空位缺陷改变了DWCNTs层间的范德华势(VDW Potential)的分布以及振荡过程中发生的偏心摇摆振荡使得能量衰减加快；当空位缺陷分布在DWCNTs的外管上时，在一定的数量范围内，空位缺陷对Q值的影响并不是特别大。
　　（2）其次，在公度DWCNTs振荡器振荡前，预先对其内管或外管施加预应变，分析室温下预应变对其振荡性能的影响。研究结果表明：在室温下，当公度DWCNTs振荡器受到拉伸应变时，随着拉伸应变的增加，公度DWCNTs振荡器的能量耗散会加快，从而导致振幅衰减越来越快，其性能越来越差；当公度DWCNTs振荡器受到压缩预应变时，随着压缩应变的增加，公度DWCNTs振荡器的振幅衰减同样也越来越快，其性能也越来越差，而在无预应变的时候其振荡性能最稳定。因此，在室温下生产组装公度DWCNTs振荡器时，应该尽可能消除预应变，从而降低对其性能的影响。
　　（3）最后，在非公度DWCNTs振荡器振荡前，预先对内管或外管施加应变，研究不同温度下预应变对非公度DWCNTs振荡器性能的影响。研究结果表明：在低温下，当振荡前对非公度DWCNTs振荡器施加预应变时，在小应变阶段，预应变能提高非公度DWCNTs振荡器的Q值，改善振荡器的稳定性，随着应变的继续增加，Q值又会逐渐下降。随着温度的升高，预应变对非公度DWCNTs振荡器的改善效果越来越来弱，直到破坏振荡器的稳定性。

目录

第1章绪论

1.1研究的背景

1.2研究的意义

1.3国内外研究现状

1.4研究的目的和内容

第2章分子动力学原理和模拟方法

2.1分子动力学基本原理

2.2分子动力学模拟步骤

2.3牛顿运动方程及解法

2.4模拟过程

2.5本章小结

第3章空位缺陷对双壁碳纳米管振荡器的影响

3.1引言

3.2模型的建立和模拟方法

3.3计算结果与分析

3.4本章小结

第4章室温下预应变对公度双壁碳纳米管振荡器的影响

4.1引言

4.2模型的建立和模拟方法

4.3计算结果与分析

4.4本章小结

第5章预应变对非公度双壁碳纳米管振荡器的影响

5.1引言

5.2模型的建立和模拟方法

5.3计算结果与分析

5.4本章小结

第6章结论及展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢

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