水分子与离子晶体填充碳纳米管的动力学模拟及其电子学、光学特性研究

摘要

纳米材料与器件作为21世纪最重要的纳米科学与技术的分支,近年来得到了飞速的发展,显现出巨大的潜力和生命力。目前这一交叉学科已成为学术界最为前沿的研究领域之一,也是各国投入巨资极力发展的未来科学技术的制高点。在各种新兴的纳米材料中,碳纳米管以其特殊的结构、优良的性能、极高的稳定性受到了非常广泛的关注。而它所具有的各种独特性质在显示出无穷魅力的同时,也造就了许多新概念和新技术。碳纳米管作为一种一维管状分子,可以视作由石墨片卷曲而成。这种独特的结构使其具有极高的表面积,对气体、液体等分子表现出较强的吸附性能;同时其管状空腔具有较大的容积,能够作为高效的分子存储介质。研究发现,通过毛细作用,碳纳米管可以将氢气等气体分子吸入并存储在管内。通过提高储氢量,碳管有可能在未来成为氢燃料的重要载体。除了氢等气体分子外,其他分子或者溶液,以及DNA、蛋白质等生命物质也能够被吸附到碳纳米管之中。在研究这些吸附和输运现象时,水的作用是人们最关注的。水分子广泛存在于自然环境、化学试剂以及生物体中。研究证明,水分子对于维持生物细胞的输运畅通与电化学势平衡发挥着至关重要的作用。

目录

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摘要

ABSTRACT

第1章 前言

第2章 密度泛函基本理论

第3章 经典分子动力学模拟基本理论及经验势场介绍

第4章 碳纳米管中可调控的水分子纳米流体通道

第5章 NaCl离子晶体在碳纳米管中的重结晶过程

第6章 基于ab initio的单壁碳纳米管-NaCl晶体复合材料动力学驰豫及电子学特性研究

第7章 单壁碳纳米管-NaCl晶体复合材料的激发态及光吸收特性

第8章 总结

在读期间参与科研项目情况及获奖情况

攻读博士学位期间发表的论文

致谢