Si團(tuán)簇在碳納米管中的結(jié)構(gòu)特性研究.pdf

1、碳納米管具有納米尺度的受限空間，管壁很穩(wěn)定，可以對內(nèi)部物質(zhì)起到支撐、保護(hù)、存儲的作用，而且碳納米管可以當(dāng)作一種納米尺度的模具，使填充物變成鏈狀或螺旋結(jié)構(gòu)。除此之外，填充物反過來也會改變碳納米管原有的性能，形成性能優(yōu)良的復(fù)合材料。本文采用經(jīng)典分子動力學(xué)的方法，選取 Tersoff勢函數(shù)，研究了硅納米線填充不同直徑的扶手椅型單壁碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性以及硅團(tuán)簇在扶手椅型單壁碳納米管中快速凝固的結(jié)構(gòu)演變特性。
　　以一定直徑立方鉆石

2、結(jié)構(gòu)[111]晶向的硅納米線填充不同扶手椅型單壁碳納米管，模擬此復(fù)合結(jié)構(gòu)的加熱過程，通過可視化和能量分析的方法判斷復(fù)合結(jié)構(gòu)中硅納米線和碳納米管的熱穩(wěn)定性。通過討論碳納米管的空間限制作用和分子間相互作用力的關(guān)系，對碳納米管和硅納米線的熱穩(wěn)定性變化進(jìn)行了初步解釋。研究發(fā)現(xiàn)碳納米管中硅納米線的熱穩(wěn)定性和碳納米管的直徑有很緊密的關(guān)系：與自由空間中硅納米線的熱穩(wěn)定性相比，當(dāng)管徑較小時，硅納米線的熱穩(wěn)定性有所提高，當(dāng)管徑增大到一定尺寸時，硅納米線的

3、熱穩(wěn)定性會突然顯著地下降，直到硅納米線與管壁不存在分子間相互作用力，硅納米線的熱穩(wěn)定性才會恢復(fù)。而硅納米線填充到碳納米管中對碳納米管的熱穩(wěn)定性有著明顯的降低作用。
　　對硅在(13,13)、(19,19)、(25,25)碳納米管中以2×1010 K/s、1×1011 K/s、1×1012 K/s的冷速快速凝固的過程進(jìn)行模擬，采用可視化、平均配位數(shù)、鍵角分布、二面角分布的方法來表征硅團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)特征以及分析在凝固過程中硅團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)演變

4、特性。研究發(fā)現(xiàn)冷速越慢，管徑越大，平均配位數(shù)下降得越快。鍵角分析和二面角分析發(fā)現(xiàn)受限于碳納米管中的硅團(tuán)簇在快速凝固過程中，更傾向于形成近似鉆石結(jié)構(gòu)單元特征的結(jié)構(gòu)，而且冷速越慢越有利于形成鉆石結(jié)構(gòu)單元。此外管徑對硅團(tuán)簇凝固過程中形成鉆石結(jié)構(gòu)單元的能力有影響：適當(dāng)管徑大小，冷速越低，對形成由鉆石結(jié)構(gòu)基本單元組合成的硅團(tuán)簇是有利的，當(dāng)管徑較小，空間受限作用較大或者管徑很大，空間受限作用較小時，硅在受限空間中形成具有鉆石結(jié)構(gòu)單元團(tuán)簇的能力都不是