碳纳米管与氮化硼纳米管内铝纳米线的形成及其复合结构抗压特性的模拟研究

摘要

采用分子动力学方法分别对管内充以铝原子碳纳米管(CNT)与氮化硼纳米管(BNNT)进行了结构性能研究.优化结果显示:(5,5)CNT和BNNT内均能形成一束一维铝纳米线(AlNW);(10,10)管内形成的是多束AlNW,其中(10,10)CNT内形成的是11束高度轴对称一维AlNW,而(10,10)BNNT内形成的是5束螺旋结构形状的AlNW.进一步分析表明:CNT内的AlNW具有比BNNT内的AlNW较大的原子分布线密度,但大管径(10,10)型BNNT内的螺旋状AlNW可以具有比相同管径CNT内纳米线更高的结晶性.通过对其轴向压缩模拟及其能量分析,可以发现AlNW@CNT复合结构的屈曲应变明显大于AlNW@BNNT,且同类型复合结构,屈曲应变随管径增大而减小,故较小管径的AlNW@CNT具有更强轴向抗压能力.能量分析结果表明vanderWaals能是维系复合纳米管结构稳定,增大抗压能力的主要原因.