單壁和雙壁碳納米管分子靜力學模型研究.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、電學和熱學等性質(zhì)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就引起了許多領域的科學家們的強烈關注。對碳納米管性質(zhì)的研究一般采用實驗技術(shù)或計算機模擬方法，但是碳納米管尺度很小，直徑一般在納米量級，長度在微米量級，現(xiàn)代的實驗技術(shù)很難對其力學性能進行直接的測試，使得計算機模擬成為目前普遍的研究手段。 用計算機模擬碳納米管的性質(zhì)時首先要準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)。本文采用分子力學方法，結(jié)合改進的Morse勢能、Lennard-Jones勢能，建立系統(tǒng)總勢能與原子位置的函數(shù)關系，通過將總勢能對原子位置求極值，使系統(tǒng)能量達到最小，獲得碳納米管的平衡構(gòu)型。 基于分子力學理論，本文采用改進的Morse勢能來描述原子間的成鍵勢，包括二體和三體相互作用，采用Lennard-Jones勢來描述非成鍵勢，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，并對碳納米管的彈性拉伸力學行為進行了模擬。最后，初步討論了扶手椅型雙壁碳納米管的平衡構(gòu)型。 本文的計算結(jié)果表明，相對于由石墨片映射得到的碳納米