金屬填充碳納米管的力學(xué)行為模擬研究.pdf

1、金屬填充碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)由于其優(yōu)異的物理力學(xué)性能而在納米元器件中有著廣泛的應(yīng)用前景。力學(xué)特性作為金屬填充碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)最基本的屬性，其決定了材料的變形行為和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)也對基于金屬填充碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的納米器件的功能有著重要的影響。認(rèn)識和理解金屬填充碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)形成機(jī)理及其與結(jié)構(gòu)力學(xué)行為之間的相互依賴關(guān)系對于相關(guān)功能器件的制備和性能評估具有重要的意義。在此背景下，本文針對金屬銅在碳納米管中的結(jié)晶行為和復(fù)合結(jié)構(gòu)的力學(xué)特

2、性開展了深入的研究，主要內(nèi)容包括：
　　基于分子動力學(xué)方法研究了碳納米管包覆銅納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)的結(jié)晶行為和力學(xué)特性，考慮了碳納米管壁數(shù)、橫截面尺寸以及降溫率的影響。結(jié)果表明由于碳納米管與銅原子之間的范德華力作用，碳納米管表現(xiàn)出模板效應(yīng)，誘導(dǎo)銅納米線在其表面形核，且最內(nèi)層碳納米管對模板效應(yīng)起主導(dǎo)作用。降溫過程之后，銅納米線由若干個(gè)沿周向分布的被徑向晶界分隔開的扇形晶粒組成。銅納米線的結(jié)晶度分別隨著橫截面尺寸的增加和降溫率的降低而提高。

3、拉伸測試表明復(fù)合結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于單獨(dú)的多晶銅納米，復(fù)合結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度隨著橫截面尺寸的降低而增加，并且碳納米管在復(fù)合結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度上起到主導(dǎo)作用。
　　基于分子動力學(xué)方法研究了孿晶銅納米線填充碳納米管的復(fù)合結(jié)構(gòu)在拉伸載荷作用下力學(xué)特性，考察了碳納米管、橫截面尺寸和孿晶間距對其力學(xué)特性的影響。模擬結(jié)果表明，碳納米管的存在會顯著提高孿晶銅納米線的彈性模量，但會使材料的屈服應(yīng)變降低。在塑性變形階段，復(fù)合結(jié)構(gòu)的塑性變形主要是由不全位錯運(yùn)動所主導(dǎo)。碳