單壁和雙壁碳納米管分子靜力學(xué)模型研究.pdf

1、1991年人們首次用電弧蒸發(fā)法合成了一維碳材料，碳納米管，由于碳納米管具有卓越的力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)等性質(zhì)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就引起了許多領(lǐng)域的科學(xué)家們的強(qiáng)烈關(guān)注。對(duì)碳納米管性質(zhì)的研究一般采用實(shí)驗(yàn)技術(shù)或計(jì)算機(jī)模擬方法，但是碳納米管尺度很小，直徑一般在納米量級(jí)，長(zhǎng)度在微米量級(jí)，現(xiàn)代的實(shí)驗(yàn)技術(shù)很難對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行直接的測(cè)試，使得計(jì)算機(jī)模擬成為目前普遍的研究手段。 用計(jì)算機(jī)模擬碳納米管的性質(zhì)時(shí)首先要準(zhǔn)確的建立碳納米管模型。納米尺度下材料模型的建立一

2、般是根據(jù)已知材料的原子排列或晶格結(jié)構(gòu)直接給定，這并不能保證模型中所有粒子處于平衡狀態(tài)。本文采用分子力學(xué)方法，結(jié)合改進(jìn)的Morse勢(shì)能、Lennard-Jones勢(shì)能，建立系統(tǒng)總勢(shì)能與原子位置的函數(shù)關(guān)系，通過將總勢(shì)能對(duì)原子位置求極值，使系統(tǒng)能量達(dá)到最小，獲得碳納米管的平衡構(gòu)型。 基于分子力學(xué)理論，本文采用改進(jìn)的Morse勢(shì)能來描述原子間的成鍵勢(shì)，包括二體和三體相互作用，采用Lennard-Jones勢(shì)來描述非成鍵勢(shì)，即范德華力。模

3、型的建立方面，根據(jù)完美無缺陷石墨片的晶格參數(shù)得到石墨片的初始構(gòu)型，通過映射使石墨片卷成碳納米管，得到碳納米管的初始構(gòu)型。采用Newton-Raphson迭代方法，逐步釋放不平衡力，滿足一定的收斂條件后即得到系統(tǒng)的平衡構(gòu)型。在此基礎(chǔ)上，討論了不同直徑的扶手椅型、鋸齒型單壁碳納米管的平衡構(gòu)型，并對(duì)碳納米管的彈性拉伸力學(xué)行為進(jìn)行了模擬。最后，初步討論了扶手椅型雙壁碳納米管的平衡構(gòu)型。 本文的計(jì)算結(jié)果表明，相對(duì)于由石墨片映射得到的碳納米