Ar原子填充对碳纳米管形变过程的影响

摘要

碳纳米管具有优异的机械性能和独特的热学和电学性能，使其在生物医学诊断、航空航天工程、电子等领域具有潜在的应用前景，是材料科学、物理学等研究领域的热点之一。本文使用密度泛函理论(DFT)的计算方法，对高压和弯曲下的单壁碳纳米管的结构转变进行了研究，得到以下结论： 1、对(8,8)和(8,0)单壁碳纳米管束在大应变下结构转变的研究表明，在外加压强下，碳管的圆形截面首先变为椭圆形，随着压强增大，截面最终都会变成扁平状。对于(8,8)管束，存在六边形中间态，是一种亚稳态，最高可承受10.76GPa的压力。 2、研究了氩原子填充对碳纳米管在大应变下结构转变的影响。首先确定了氩原子在纳米管内部的吸附位置，发现填充氩原子的纳米管在大应变下最终也会变成扁平状。对于填充2个氩原子的(8,8)碳纳米管，所能承受的最大压强由10.76GPa降低至8.91GPa；填充4个和8个氩原子时，纳米管所能承受的最大压强为12.75GPa和31.7GPa，即此时纳米管的抗压能力得到加强。 3、氩原子填充对碳纳米管弯曲行为影响的研究表明，未填充Ar的(8,8)管弯曲在20°以内时，弯曲是可逆的。0、4、8、14、18个Ar填充浓度下的纳米管在20°弯曲时的应变能分别为47.7eV、47.8eV、47.9eV、51.2eV、58.9eV，即填充多于8个氩原子时可以明显增强管的抗弯能力。

目录

声明

第一章绪论

1.1 碳纳米管概述

1.1.1 碳纳米管的结构

1.1.2 碳纳米管的性质及应用

1.1.3 碳纳米管的制备

1.2 碳纳米管的研究进展及本文研究意义

1.2.1 碳纳米管的研究进展

1.2.2 本论文的研究意义

第二章计算方法

2.1 第一性原理概述

2.2 密度泛函理论

2.2.1 绝热近似

2.2.2 Hohenberg-Kohn定理

2.2.3 局域密度近似和广义梯度近似

2.3 CASTEP软件简介及本文计算参数设置

2.3.1 Castep软件

2.3.2 计算参数

第三章大应变下碳纳米管束结构转化的研究

3.1 计算模型与方法

3.2 计算结果与讨论

3.4 结论

第四章 填充Ar原子对大应变下碳纳米管束压缩行为的影响研究

4.1 计算模型与方法

4.2 计算结果与讨论

4.3 结论

第五章填充Ar原子对碳纳米管在应力下弯曲的影响研究

5.1 计算模型与方法

5.2 计算结果与讨论

5.3 结论

第六章结论及展望

参考文献

致谢