碳納米管和二硫化鉬納米管振蕩器的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、隨著科技日新月異的發(fā)展，納米科學(xué)作為本世紀(jì)的一門(mén)前沿科學(xué)，起到了舉足輕重的作用。納米材料所具有的一些獨(dú)特性能，為下一代性能卓越且構(gòu)造精細(xì)的儀器件的開(kāi)發(fā)提供了可能。本文以當(dāng)下研究熱門(mén)的納米機(jī)電系統(tǒng)為對(duì)象，提出了基于兩種不同材料設(shè)計(jì)的納米振蕩器—傳統(tǒng)的雙壁碳納米管(Carbon Nanotube, CNT)振蕩器和新型的雙壁異質(zhì)CNT@MoS2納米管振蕩器。并采用經(jīng)典的分子動(dòng)力學(xué)方法，研究了納米振蕩器的振蕩行為特性以及相關(guān)參數(shù)對(duì)其振蕩行為的

2、影響，其主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)此次在對(duì)扶手椅型@鋸齒型的雙壁碳納米管體系的研究中，本文首次提出了一種全新的方法—螺旋上升法，即通過(guò)給扶手椅型的內(nèi)管施加一個(gè)螺旋上升長(zhǎng)度以此來(lái)改善內(nèi)管的振蕩行為。運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法，我們分析了不同大小的螺旋上升長(zhǎng)度對(duì)內(nèi)管振蕩穩(wěn)定性、振蕩幅度和振蕩頻率的影響。研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)管的振蕩行為對(duì)螺旋上升長(zhǎng)度很敏感。扶手椅型的內(nèi)管在逐漸增加螺旋上升長(zhǎng)度后，其軸向的自激發(fā)振蕩行為有所改善，且當(dāng)扶手椅型的內(nèi)

3、管所具有的螺旋上升長(zhǎng)度大小為1nm時(shí)，在800ps后，它能保持穩(wěn)定的振蕩且其振蕩的平衡位置與初始時(shí)刻的位置也能相互匹配。通過(guò)此次模擬，我們發(fā)現(xiàn)可以給扶手椅型的內(nèi)管施加一個(gè)合適的螺旋上升長(zhǎng)度來(lái)設(shè)計(jì)一種穩(wěn)定和低耗散的旋轉(zhuǎn)自激發(fā)雙壁碳納米管振蕩器。
　　(2) CNT@MoS2雙壁納米管振蕩器在此次研究中首次通過(guò)了分子動(dòng)力學(xué)的方法對(duì)其振蕩行為進(jìn)行了考察。模擬結(jié)果顯示，本次研究的異質(zhì)形態(tài) CNT@MoS2雙壁納米管振蕩器，其內(nèi)管能在間距值

4、為0.289nm~0.681 nm的范圍內(nèi)穩(wěn)定而持續(xù)的振蕩且其振蕩頻率能達(dá)到吉兆赫茲以上，與傳統(tǒng)的碳納米管振蕩器相比，異質(zhì)形態(tài)的 CNT@MoS2納米管振蕩器具有很寬的間距優(yōu)勢(shì)。模擬結(jié)果還顯示CNT@MoS2雙壁納米管的內(nèi)、外管具有不同的管狀結(jié)構(gòu)特征時(shí)，其更適合充當(dāng)?shù)蛽p耗振蕩的納米振蕩器。
　　(3)通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)方法，首次研究了旋轉(zhuǎn)型CNT@MoS2雙壁納米管體系其內(nèi)管軸向的自激發(fā)振蕩行為。模擬結(jié)果顯示，CNT@MoS2雙壁納米

5、管體系其內(nèi)管能在5GHz~500GHz的旋轉(zhuǎn)頻率下一直保持持續(xù)而穩(wěn)定的軸向振蕩，且其振蕩頻率能達(dá)到吉兆赫茲，而對(duì)于以往傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)型雙壁碳納米管體系其內(nèi)管的自激發(fā)振蕩行為要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間的激勵(lì)才能保持穩(wěn)定的振蕩。模擬中還研究了溫度對(duì)旋轉(zhuǎn)型CNT@MoS2雙壁納米管振蕩行為的影響。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)體系的溫度低于300K時(shí)，內(nèi)管沿軸向的振蕩行為在整個(gè)模擬過(guò)程中表現(xiàn)的很穩(wěn)定且內(nèi)管的振蕩幅度和振蕩頻率隨著溫度的升高都有所增加；而當(dāng)體系溫度達(dá)到300K