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文檔簡介
1、多壁碳納米管的管間具有超低摩擦特性,同時(shí)管壁具有超高模量和強(qiáng)度。因此,納米管成為制造納米器件的理想備選材料。2014年,基于雙壁碳納米管的熱驅(qū)動轉(zhuǎn)動納米馬達(dá)被發(fā)現(xiàn)以來,由于馬達(dá)轉(zhuǎn)子具有尺寸小、轉(zhuǎn)速高的特點(diǎn),造成轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動觀測極為困難。本論文使用分子動力學(xué)方法,通過在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸管上添加可變翼的方法,并結(jié)合碳管探針,考察轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動觀測與調(diào)控的可行性研究。研究取得如下成果:
(1)在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上鍵結(jié)一段部分氫化的石墨烯納米帶,構(gòu)建“碳納米
2、管+石墨烯”轉(zhuǎn)子。當(dāng)復(fù)合轉(zhuǎn)子被激發(fā)轉(zhuǎn)動后,石墨烯翼被帶動準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界值時(shí),石墨烯翼在離心力作用下克服轉(zhuǎn)軸碳納米管的范德華引力,并迅速展開。與此同時(shí),復(fù)合轉(zhuǎn)子的平均轉(zhuǎn)速因轉(zhuǎn)動慣量的迅速增加而陡降。觀測對象尺寸變大、轉(zhuǎn)速變小都可降低轉(zhuǎn)動觀測的難度。
(2)在上述可變石墨烯翼的自由端鍵結(jié)一個新的碳納米管,稱為尾管,并在距離烯片完全展開后能經(jīng)過的路徑上布置一個碳納米管探針。同樣地,在復(fù)合轉(zhuǎn)子被激發(fā)轉(zhuǎn)動后,當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界值
3、時(shí),尾管隨石墨烯翼脫離軸管的引力。此刻轉(zhuǎn)速會有所下降,當(dāng)轉(zhuǎn)速重新回到臨界值后,尾管經(jīng)過探針時(shí),會發(fā)生碰撞。通過觀察探針是否出現(xiàn)大幅振動判斷納米馬達(dá)是否轉(zhuǎn)動。
(3)利用上述納米馬達(dá)+探針的模型,討論了探針位置、最大撓度與熱驅(qū)動納米馬達(dá)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系,建立了轉(zhuǎn)速可控的納米馬達(dá)模型。模型中石墨烯翼通過兩面交替氫化方式制作成納米彈簧。數(shù)值結(jié)果表明,復(fù)合轉(zhuǎn)子被激發(fā)轉(zhuǎn)動中,石墨烯翼的長度會隨轉(zhuǎn)速的增加而增加。探針的最大撓度隨尾管的速
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