荷電碳納米管結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、碳納米管自從1991年被Iijima發(fā)現(xiàn)以來(lái),由于其不同尋常的結(jié)構(gòu)、電子特性和力學(xué)特性,受到廣泛的研究。近些年來(lái)隨著碳納米管及納米材料研究的深入,碳納米管的應(yīng)用前景也不斷的展現(xiàn)出來(lái)。
　　 本文采用第一性原理計(jì)算方法研究荷電碳納米管的結(jié)構(gòu)變化和相關(guān)的力學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明,(4,2),(3,3)和(5,0)碳納米管帶上一定量電荷后,碳管的形狀會(huì)發(fā)生變化,長(zhǎng)度變長(zhǎng),直徑變大,端口呈喇叭狀膨脹,且部分碳碳鍵會(huì)斷裂,碳原子飛離碳納米管,不

2、同類(lèi)型荷電碳納米管端口處的碳原子飛離端口的方式不同。(4,2)碳管最容易發(fā)生庫(kù)侖爆炸,其次是(5,0)碳管,最后是(3,3)碳管。庫(kù)侖爆炸后,(3,3)碳管和(5,0)碳管留有的電量幾乎為0,這兩種碳管更接近于中性碳管,而(4,2)碳管仍然留有一小部分電量。碳碳鍵變長(zhǎng)而引起碳管長(zhǎng)度變長(zhǎng)最明顯是(5,0)碳管,其次是(3,3)碳管,最后是(4,2)碳管,即(5,0)碳管最容易變長(zhǎng),而這三種類(lèi)型的碳管直徑變化的程度則相反。中性的這三種碳管帶

3、上少量負(fù)電荷后能量都有所降低,結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。這表明碳管中碳碳鍵并非飽和,具有一定的電負(fù)性?？傛I能隨荷電量呈明顯的拋物線型變化關(guān)系。荷電碳納米管的電荷大部分集中在碳管端口處,額外電荷對(duì)碳管的端口處的影響最為明顯。(6,6)碳管發(fā)生庫(kù)侖爆炸的判據(jù)是1號(hào)位置的碳碳鍵鍵長(zhǎng)的劇烈變長(zhǎng),2號(hào)位置的碳碳鍵鍵長(zhǎng)的由長(zhǎng)變短。荷電(6,6)碳管線面角的最大值大于荷電(8,0)碳管上相應(yīng)的線面角的最大值,荷電(6,6)碳管比荷電(8,0)碳管端口膨脹的更為明