单壁碳纳米管的拉伸变形和结构相关性

摘要

利用分子动力学方法研究了单壁碳纳米管拉伸变形行为,发现(8,8)～(22,22)单臂型碳纳米管和(9,0)～(29,0)锯齿型碳纳米管能在拉伸应变分别达到35%～38%和20%～27%的情况下仍处于弹性变形阶段,并从能量的角度解释了这一现象.分析了单壁碳纳米管管径和结构螺旋性对碳纳米管力学性质的影响.结果表明,碳纳米管的微观结构特征对其基本力学性质有着重要的影响.碳纳米管的杨氏模量在750～960 GPa之间,并随着其半径的增加而减少;微观结构的影响使得锯齿形碳纳米管的模量高于单臂型碳纳米管.模拟结果显示,碳纳米管在拉伸过程中的结构变化特征不同于连续介质力学所描述的弹塑性断裂或脆性断裂.