收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

碳和氮化硼纳米管的物理力学性能和器件原理

戴意涛  
【摘要】: 碳纳米管和氮化硼纳米管具有独特的几何结构和优异的物理、力学和化学等性质,是构筑纳米器件的重要材料。本文利用从头算量子分子动力学、分子动力学、密度泛函理论以及量子力学和经典力学的混合模型,结合经典力学分析的方法对碳纳米管的轴向高频振动、氮化硼纳米管的电致变形和电磁中性分子的电驱动原理进行了大规模并行计算模拟和理论分析,尝试探索碳和氮化硼纳米管中存在的物理力学耦合行为,以及这种耦合行为在纳尺度器件开发中潜在的应用价值。本文通过对以上问题的研究,取得了如下进展: 1)碳纳米管轴向高频振动的研究:人们对碳纳米管的高频振动行为进行了大量的研究,但缺乏量子分子动力学的检验,并且对振动受机电耦合效应的影响也了解甚少。本文以碳纳米管的轴向振动为例,利用从头算量子分子动力学对其振动过程进行了模拟。结果表明,碳纳米管的轴向振动受轴向电场的影响较小,而受电荷注入的影响较大。经典分子动力学方法能较好地描述该振动的主要特征,然而对振动的本征频率的预测与量子分子动力学的结果相比仍有差别。此外,对振动受机电耦合效应的影响,特别是有电荷注入的情况,经典分子动力学不能给出合理的描述。选择合适的参数,弹簧-质量块模型和空心杆模型对轴向振动的基频也可以给出较为准确的预测,然而对于高阶模态,上面两种模型的误差都比较大。此外,利用碳纳米管的轴向高频振动行为,我们提出了一种太赫兹辐射源的工作原理并申请了国家发明专利。 2)氮化硼纳米管电致变形的密度泛函研究:寻找具有大应变能密度的智能材料一直是人们努力的方向。我们利用第一原理密度泛函方法对氮化硼纳米管的电致变形行为进行了研究。结果表明,在轴向外加电场的作用下,并且在实验中可以达到的电场强度下,锯齿型氮化硼纳米管的轴向电致变形可达4%,相应的体积功密度比目前已报道的聚合物智能材料的最高值要高100倍以上,比传统压电陶瓷材料要高出3个数量级。氮化硼纳米管的电致变形源于逆压电效应和电致伸缩效应,并且后者引起的变形量可达前者的两倍。考虑到氮化硼纳米管良好的热力学和化学稳定性以及绝缘性,它有望成为一种极富潜力的纳米智能材料。 3)电磁中性分子电驱动原理的探索研究:对纳米和分子机器的驱动,特别是对电磁中性分子体系的驱动,是一个极具挑战性的科学和技术难题。它们不含净电荷或磁距、磁畴或电畴,因此不能用均匀的电场或磁场来进行驱动和操作。本文利用半经验量子分子动力学模拟证明:通过控制一端封闭一端开口的单壁碳纳米管上的电荷分布,可以改变它与内部中性分子之间的相互作用,进而实现对中性分子的驱动和操作。当碳纳米管带上均匀分布的正电荷时,可以将其内的中性分子打出;而当它带上均匀分布的负电荷时,则不能将内部的中性分子打出,然而却能将位于其开口端附近的中性分子吸入。这些发现有望为纳米器件和系统的驱动和控制提供一种新的机制。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 田乃良,常明,杨保和,许德胜,郑启光;碳纳米管在金刚石薄膜化学沉积上的应用[J];光电子.激光;2000年06期
2 王文英;碳纳米管的制造技术及最新研究动态[J];化工新型材料;2000年01期
3 陈小华,王健雄,李学谦,李绍禄,邓福铭,成奋强;电沉积镍-碳钠米管复合镀层的工艺研究[J];表面技术;2002年02期
4 于作龙;碳纳米管的批量制备和应用[J];中国高校科技与产业化;2003年06期
5 ;使用碳纳米管的FED面板齐亮相[J];炭素技术;2004年03期
6 马强,周锋,唐亚平,李辰砂,张世骥,李延辉,唐春和;在碳纳米管上负载硫化镉的研究[J];无机材料学报;2004年05期
7 罗志强,张孝彬,程继鹏,李昱,刘芙,陶新永,印万忠,韩跃新;纳米CaCO_3负载过渡金属CVD法制备多壁碳纳米管的研究[J];高等学校化学学报;2004年10期
8 李秀秀,李晓东,杨荣杰;碳纳米管的功能化研究进展[J];炭素技术;2004年02期
9 ;行业信息[J];炭素技术;2004年06期
10 王哲,黄玉东,白续铎,宋伟,汪成,刘宝珠;噻吩浓度对陶瓷和石英为基底的CVD法制备碳纳米管的影响[J];黑龙江大学自然科学学报;2005年01期
11 熊述元;;最细碳纳米管问世[J];半导体信息;2005年06期
12 ;中科院长春应化所创新出合成碳纳米管新技术[J];材料导报;2009年11期
13 ;碳纳米管增强复合材料研究取得新进展[J];人工晶体学报;2009年S1期
14 吴关寿;碳纳米管一直径1nm的新型碳纤维[J];微细加工技术;1994年03期
15 陈萍,张鸿斌,林国栋,蔡启瑞,翟和生;低温催化裂解烷烃法制备碳纳米管[J];厦门大学学报(自然科学版);1996年01期
16 杨占红,李新海,王红强,李天宝,陈志国,李晶;碳纳米管的提纯──重铬酸钾氧化法[J];化学世界;1999年12期
17 王健雄,陈小华,彭景翠,张振华;碳纳米管镍基复合镀层材料耐腐蚀性的初步研究[J];腐蚀与防护;2002年01期
18 王敏炜,彭年才,李凤仪;硝酸氧化法对碳纳米管进行纯化及开管研究[J];江西科学;2002年04期
19 ;碳纳米管计算机电路[J];炭素技术;2002年03期
20 王必本,王万录,赵作峰,刘高斌,王永田,CHOI Seungho;催化剂厚度对碳纳米管直径的影响[J];重庆大学学报(自然科学版);2003年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡业旻;殷利民;曹威;李瑛;朱明原;白琴;;电晕放电等离子体增强化学气相沉积法合成氮掺杂碳纳米管[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第一卷)[C];2011年
2 孙瑞敏;赵辉;陈永;刘洋;赵海沨;;碳纳米管与环氧树脂共混工艺研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
3 李世胜;喻万景;侯鹏翔;刘畅;成会明;罗艳红;孟庆波;吕伟;吴思达;杨全红;;碳纳米管垂直阵列/石墨烯纸复合材料在锂离子电池和染料敏化太阳能电池中的应用[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
4 李曼;白树林;张杨飞;贾治勇;;不锈钢纤维/碳纳米管填充尼龙基复合材料的力学性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
5 刘夏;杨庆生;;网络碳纳米管复合材料的有效力学性能[A];复合材料:创新与可持续发展(下册)[C];2010年
6 周成飞;翟彤;曹巍;郭建梅;曾心苗;;碳纳米管/聚氨酯酰亚胺复合泡沫材料的制备与性能[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
7 陈广新;毕丹;;碳纳米管的表面修饰及其改性聚乳酸的研究[A];2010年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(下册)[C];2010年
8 苏丹华;张玲;金磊;李春忠;;静电吸附制备玻璃布/碳纳米管增强体改性环氧树脂[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年
9 张文毓;;碳纳米管及其应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(上卷)[C];2003年
10 吕建伟;王万录;廖克俊;万步勇;张毅;;形变引发碳纳米管膜电阻变化的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘丽娜;碳纳米管—双马来酰亚胺体系的摩擦磨损研究[D];浙江大学;2010年
2 徐立华;电晕等离子体改性碳纳米管及其在环氧树脂中的应用[D];浙江大学;2010年
3 梅蕾;碳纳米管/碳纤维多尺度结构制备及其界面增强效果研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 朱幸福;碳纳米管复合材料及碳纳米管为模板的纳米管的制备与性质研究[D];吉林大学;2011年
5 崔伟;表面修饰碳纳米管/环氧树脂复合材料的界面结构与性能[D];华中科技大学;2011年
6 蒋辽川;半导体金属氧化物修饰碳纳米管的制备及其电催化、光电催化性能的研究[D];华南理工大学;2010年
7 亓钧雷;碳纳米管、碳纳米片、石墨烯及其复合物的制备和场发射性能的研究[D];吉林大学;2010年
8 姚胜红;碳纳米管/聚偏氟乙烯高介电纳米复合材料的显微结构控制与介电性能的关联[D];北京化工大学;2009年
9 韩占涛;表面活性剂悬浮碳纳米管在孔隙介质中的运移研究[D];中国地质科学院;2010年
10 叶丽娜;无机空心微纳米结构的制备及其应用[D];中国科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐勤;碳纳米管树状分子复合材料的制备及其性能研究[D];上海师范大学;2010年
2 祝丽娟;碳纳米管/二氧化硅/炭黑/溶聚丁苯橡胶硫化胶性能研究[D];南京理工大学;2010年
3 林德盟;高分子水凝胶修饰碳纳米管神经元探针[D];南京理工大学;2010年
4 刘晓伟;碳纳米管及其复合物的制备和场发射性能的研究[D];吉林大学;2010年
5 陈晨;碳纳米管的功能化及其复合材料的电化学性能研究[D];北京化工大学;2010年
6 秦瑞红;气体膨胀液体的热力学性质研究及其在碳纳米管功能化修饰中的应用[D];郑州大学;2010年
7 林小静;碳纳米管的低温等离子体改性及其引发苯乙烯接枝共聚[D];天津大学;2010年
8 王蜜;聚硅氧烷接枝碳纳米管及聚合物复合材料的制备与性能[D];东北林业大学;2010年
9 曾静;自由基加成反应在碳纳米管和石墨烯修饰中的应用[D];兰州大学;2011年
10 郭大鹏;分子开关和十字形碳纳米管的输运性质研究[D];兰州大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 刘霞;吸入碳纳米管可影响人体免疫力[N];科技日报;2009年
2 记者 何德功;日研制出直径最小碳纳米管[N];新华每日电讯;2003年
3 记者 吴辉;我国碳纳米管产业化突破“瓶颈”[N];中国知识产权报;2001年
4 张巍巍;碳纳米管可激发人体自身免疫反应[N];科技日报;2010年
5 黄绍平;碳纳米管实用的路还远吗?[N];中国电子报;2001年
6 记者 谢昭萍 特约记者 肖萍;我国碳纳米管截短技术获得突破[N];中国化工报;2004年
7 记者 薛冬 通讯员 谭少容;我国率先实现碳纳米管产业化[N];光明日报;2001年
8 本报记者 薛冬 通讯员 谭少容;碳纳米管身价何以远高于黄金[N];光明日报;2001年
9 黄中;碳纳米管及其应用[N];中国知识产权报;2001年
10 冯卫东;数百米超长碳纳米管面世[N];科技日报;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978