单壁碳纳米管杨氏模量的掺杂效应

摘要

用分子动力学方法研究了N,O,Si,P,S等5种杂质对扶手椅型(5,5)和锯齿型(9,0)单壁碳纳米管杨氏模量的影响.结果表明:直径为0.678和0.704 nm的扶手椅型(5,5)和锯齿型(9,0)碳纳米管在无掺杂时其杨氏模量分别为948和804 GPa.在掺杂浓度10%以下,碳纳米管的拉伸杨氏模量均随掺杂浓度增加近似呈线性下降规律,下降率以Si掺杂最大,N掺杂最小.对与C同周期的元素掺杂,随原子序数增加碳纳米管的杨氏模量下降率增大;与C不同周期的元素掺杂,碳纳米管的杨氏模量随掺杂浓度增加下降率更大,但随原子序数增加其下降率有所减小.通过分析掺杂后碳纳米管系统弹性势能的变化规律,并基于密度泛函理论的局域密度近似确定的原子间电子云耦合作用规律,对单壁碳纳米管杨氏模量的掺杂效应进行了分析.