彎折和彎曲型碳納米豆莢結(jié)構(gòu)中富勒烯聚合機(jī)制.pdf

1、碳納米豆莢結(jié)構(gòu)是一種類似于豆莢狀構(gòu)型的新型超分子結(jié)構(gòu)，通過(guò)富勒烯分子填塞于碳納米管一維空腔中形成。對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行高溫?zé)崽幚砘蛘唠娮虞椪眨瑢?huì)引起碳管內(nèi)富勒烯鏈的逐步聚合，并逐漸形成一個(gè)內(nèi)壁碳納米管。盡管實(shí)驗(yàn)和理論上對(duì)碳納米豆莢結(jié)構(gòu)、聚合機(jī)制、相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行了很多研究，但是大部分工作都是關(guān)注外管為直型無(wú)缺陷碳納米管的碳納米豆莢結(jié)構(gòu)及其聚合行為，而對(duì)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常出現(xiàn)的外管為彎折型和彎曲型碳納米管內(nèi)富勒烯的聚合行為和最終結(jié)構(gòu)鮮有研究。本文基于經(jīng)驗(yàn)勢(shì)

2、能量驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)蒙特卡羅法，首次在原子尺度對(duì)彎折和彎曲構(gòu)型的碳納米豆莢結(jié)構(gòu)中的富勒烯受熱聚合行為和最終結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬計(jì)算，考察了在這類特殊構(gòu)型的外碳管中富勒烯受熱聚合的可行性，并將聚合過(guò)程和最終產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與無(wú)缺陷直壁碳納米管中富勒烯聚合情況比較，分析了其異同。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴外管彎折角度以及連接結(jié)處五、七元環(huán)缺陷相對(duì)位置對(duì)富勒烯聚合行為和最終結(jié)構(gòu)有顯著影響。總體來(lái)說(shuō)，受外管束縛影響，富勒烯在彎折管中能夠受熱聚合形成與彎折

3、外管相似的結(jié)構(gòu)，即兩邊為不同手性的無(wú)缺陷碳納米管，中間有單個(gè)五、七元環(huán)缺陷組成的連接結(jié)。內(nèi)管缺陷結(jié)在小角度彎折外管(18,0)?(17,1)和大角度彎折外管(18,0)(10,10)情況下能夠復(fù)制外管連接結(jié)處五、七元環(huán)缺陷相對(duì)位置。但對(duì)于中間彎折角度的外管(18,0)(15,5)來(lái)說(shuō)，由于缺陷結(jié)形成能較高，其五、七元環(huán)缺陷的相對(duì)位置不會(huì)復(fù)制外管分布，而是在諸多能量因素競(jìng)爭(zhēng)中重新分布，達(dá)到最低能量構(gòu)型。另外，在彎折角度較小的(18,0)?

4、(17,1)外管中，由于中間連接結(jié)引起的腔體變形較小，亦能形成無(wú)缺陷的單壁碳管。同時(shí)，受有限時(shí)間尺度下的動(dòng)力學(xué)機(jī)制影響，聚合而成的富勒烯產(chǎn)生具有較多缺陷的無(wú)序管狀結(jié)構(gòu)的幾率較高。⑵在彎曲型碳納米豆莢結(jié)構(gòu)中，對(duì)于曲率較小的外碳管，受熱聚合而成的內(nèi)壁碳納米管能夠復(fù)制外碳管平滑彎曲的無(wú)缺陷構(gòu)型。但隨著曲率增加，富勒烯聚合成平滑彎曲內(nèi)管的難度越來(lái)越大，出現(xiàn)平滑彎曲內(nèi)管向彎折內(nèi)管轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象，其轉(zhuǎn)變?nèi)Q于在不同彎曲曲率外管剛性束縛條件下，內(nèi)管平滑彎