分子动力学法碳纳米管及碳纳米管探针特性分析

摘要

分子动力学(MD)方法是应用最广的计算机纳米力学数值模拟方法，理论发展较快，运用这种方法能够获得原子运行轨迹，以及系统的力学、热学和动力学特性。碳纳米管(CNTs)具有优越的物理和化学性能，因而具有良好的应用前景。为了更好的了解其特性，进入微观领域的研究十分必要，这使得分子动力学方法成为研究碳纳米管的有力工具。
　　 本文采用分子动力学方法，运用Tersoff多体势函数对碳纳米管以及碳纳米管探针的特性进行了探讨，具体工作包括：⑴综述了碳纳米管以及分子动力学相关领域的发展状况，阐述课题的目的和意义，明确了本文的研究内容；⑵简述了分子动力学基本原理，解析了分子动力学势函数的不同，介绍了本文建模以及计算方法；⑶针对不同螺旋角，不同直径，不同层数的碳纳米管进行了仿真模拟，在微观的原子尺度分析了碳纳米管拉伸和压缩屈曲的变形机制，给出拉伸速率、温度以及弛豫时间等对碳纳米管性能的影响规律；⑷在碳纳米管模型中构造了典型缺陷，模拟了具有缺陷的碳纳米管变形过程，得出了不同类型的缺陷对碳纳米管性能的影响机制；针对双层的碳纳米管，给出了缺陷在内层和外层对碳管性能的不同影响规律；⑸构建了不同类型的碳纳米管探针模型，针对不同类型的碳纳米管探针，研究了探针受到横向力的变形过程，建立了探针的扫描模型，给出减小探针纵向波动而提升分辨率的方法。