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金纳米颗粒—碳纳米管复合材料的分子动力学研究

李俊  
【摘要】: 金属纳米颗粒-碳纳米管复合材料有着广泛的技术应用前景,近年来在实验上取得了很多的成果,但是由于碳纳米管独特的结构,传统的平面生长理论难以解释这种新型材料的生长,人们对它们的形成机制尚处在猜想与实验阶段。由于在实验上观察这些复合材料的形成过程还存在着现实的困难,采用第一性原理方法计算量又太大,因此,分子动力学模拟就成为了在原子尺度上研究这一问题的最好的方法。 在本论文中,我们采用分子动力学模拟的方法,从原子尺度上模拟了碳纳米管上金纳米颗粒的形成过程,并分析了金纳米颗粒( Au1 5- Au 200)的基本结构、能量以及它与碳纳米管的作用能,模拟了它们在纳米管上运动结合的情况。在研究过程中,我们发现:常温下(298K),纳米管上的金纳米颗粒有着跟孤立情况完全不一样的结构,当金纳米颗粒在Au1 5- Au1 30之间时,由于纳米颗粒-碳纳米管之间的相互作用,熔点是低于常温的,在常温下,原子排列混乱;随着纳米颗粒尺寸的增大,纳米管的影响开始减小,它们的熔点开始升高,当尺寸在Au1 40- Au 200之间时,纳米颗粒熔点高于常温,表现出面心立方结构,并在接近于纳米管的面出现弯曲应变。纳米颗粒在碳纳米管上形成以后,小于Au 70的纳米颗粒有可能脱离碳纳米管运动,它们在脱离后可能再度被碳纳米管俘获或者跟其他纳米颗粒结合并被重新吸附到碳纳米管上来。大于Au 70的纳米颗粒只能在纳米管表面运动,并且随着尺寸的增大,运动的范围减小,它们在运动过程中结合其他颗粒并最终局限在某一范围内不动。


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