稀有氣體原子注入納米碳管的動力學行為研究.pdf

1、納米碳管(Carbonnanotube，CNT)是碳家族中的新成員，它是理想的、分子級的準一維納米材料，結構的特殊性使得它具有優(yōu)異的力學、熱學、化學和電學性質。納米碳管具有豐富的孔結構，開口的納米碳管可以用作納米級化學試管、虹吸管、儲氣材料、納米器件等。因此，研究其它物質注入納米碳管形成復合物的機制，在揭示物化特性、儲氫機理等方面具有特殊的理論意義，并可促進相關的儲氣材料和納米器件的開發(fā)，其實用價值不可低估。 然而，納米碳管的納

2、米級尺寸、復雜的測試方法及昂貴的測試設備在很大程度上限制了人們對它的了解和研究。因此使用計算機數值模擬方法和簡化的物理模型，對其進行模擬就顯得更為實用。由于納米碳管包含的原子數目非常多，無法直接進行解析求解：用量子化學方法其計算量會大得驚人，因而不太現實；從頭計算中需要引入標度因子而增加了計算結果的不確定性。然而半經驗勢分子動力學模擬方法可以克服以上的困難，從而成為研究納米碳管的可靠且有效的計算方法。 本論文采用TLHT勢和經典

3、分子動力學方法(ClassicalMoleculardynamics，CMD)，研究了稀有氣體原子(He、Ne、Ar、Kr、Xe)注入單壁納米碳管(Single-wallcarbonnanotube，SWCNT)的動力學行為。 首先，模擬了稀有氣體原子注入缺陷性單壁納米碳管的過程。計算出稀有氣體原子分別從管壁缺陷處和管口處入射時，它們能封裝在單壁納米碳管中的能量閾值Ek0，并與理想結構情形做了比較。模擬結果表明：隨著管壁缺陷半徑

4、r的增加，Ek0減??；當r小于4.5(A)時，給定合適的初始動能，稀有氣體原子能封裝在納米碳管中；而r為4.5(A)時，稀有氣體原子不能封裝在碳管中，且此時缺陷對Ar、Kr和Xe的輸運特性有很大影響，即它們不再是從另一端管口跑出，而是從缺陷處跑到管外。經過分析得出：管壁缺陷也是其它物質進入碳管形成內嵌復合物的位置，而且3.5(A)是封裝稀有氣體原子的最佳缺陷半徑。 然后，模擬了稀有氣體原子從管口注入單壁納米碳管的動力學過程。計算

5、得出SWCNT能吸入稀有氣體原子的管徑閾值r0分別為6.264(A)，7.046(A)，8.612(A)，8.612(A)，8.61(A)，同時計算了此時對應的每種稀有氣體原子能封裝在不同管徑的單壁納米碳管中的最大初始動能。計算得到的結果是：封裝在納米碳管中的稀有氣體原子在管中不停地作周期性振蕩，振蕩周期與原子進入管中的能量無關，振幅與原子進入管中的能量有關，即振幅隨著入射能量的增加而增加，同時對其物理機制作了詳細的分析。研究表明：給定