碳纳米管卷层结构的TEM研究

碳纳米管发现以来,其结构的研究一直是人们普遍关心的课题。至今为止,已有不少有关碳纳米管结构的报道[1]。给出了一些结构模型,其中以Iijima给出的模型最具有代表性,即认为碳纳米管是由碳原子组成的层面卷成筒状后形成的管状纤维。层面内的碳原子之间以sp2键结合,每个碳原子连接二个碳原子形成一系列连续的六边形(以下简称六圆环)。单层碳纳米管即是由一层卷成筒状的碳原子六圆环组成。而多层碳纳米管则是由多个碳原子六圆环组成的圆筒套在一起组成的。而这些圆筒之间的间距与石墨中碳原子层面间距相等,均为0.34nm。此外还认为碳纳米管的…     

碳纳米管高温热稳定性与结构的关系

使用分子动力学方法对单壁碳纳米管高温下的结构进行了计算机模拟。对扶手椅结构（10，10）和（20，20）的单壁碳纳米管进行了模拟，结果表明，碳纳米管开关端由于能量弛豫过程，直径比内部略大，在温度逐渐升高之后，构成纳米管的碳原子逐渐偏离晶格位置，小直径的碳纳米管在3000K温度之下结构是稳定的；直径小的碳纳米管的高温热稳定性比直径大的碳纳米管要好。     

碳纳米管轴向压缩行为的分子动力学模拟

用分子动力学方法对轴向压缩下的单壁和双壁碳纳米管的屈曲行为进行了模拟研究。在分子动力学模拟中,采用Tersoff-Brenner势结合6～12形式的Lennard-Jones势描述碳原子之间的相互作用。计算结果表明:单壁碳纳米管的屈曲临界力随着半径的增大而增大,但半径对其临界应力的影响只是在管径较小的情况下比较明显;在载荷下,双壁碳纳米管的外管首先失稳;双壁碳纳米管的屈曲临界应变高于外管对应的单壁碳纳米管的临界应变,而低于内管对应的单壁碳纳米管的临界应变。但是,双壁碳纳米管的屈曲临界力明显高于内、外管对应的单壁碳纳米管的临界力。     

碳纳米管的分子动力学模拟

碳纳米管的纳米级尺寸在很大程度上限制了人们对它的了解、测试与观测，严重地影响了它的发展和应用。因此，必须有简单可行的方法来合理计算、测量碳纳米管的各种特性，计算机模拟无疑是研究这种特殊材料的极佳方法。采用分子动力学模拟的方法，来模拟碳纳米管的物理特性。首先模拟了碳纳米管的热稳定性，发现单壁开口碳纳米管的热稳定性将随着管径的增大而变差，同时开口碳纳米管在真空中保持稳定的极限温度在3000K左右。接着模拟了两根开口碳纳米管的碰撞过程以及成键情况，模拟结果表明在开口端的碳原子非常活跃，极易与其它活性原子成键并且形成新的分子结构，这预示了只要使用一些简单的切割和组合就可以用碳纳米管组成纳微机械；最后对碳纳米管轴承结构的研究显示出碳纳米管之间仅仅存在很小的范德华力，这种独特的特性预示着碳纳米管构成的纳微机械会有卓越的机械特性。     

氢吸附开口碳纳米管场发射密度泛函研究(英文)

利用第一性原理密度泛函的方法对氢分子吸附开口碳纳米管的场发射性质进行了综合研究,建立了(5,5)开口碳纳米管吸附不同氢分子数量的吸附模型,并对加电场和未加电场下的模型进行了吸附能、最高占有分子轨道-最低未占分子轨道(HOMO-LUMO)帯隙及诱导偶极矩的计算和分析。计算结果表明吸附能随着电场的增加而变大,吸附稳定性增强。吸附氢分子的碳纳米管在施加外电场后,HOMO-LUMO帯隙明显减小,费米能级附近的局域态密度随着氢分子的吸附而增加。氢分子对碳纳米管的吸附可以在其尖端表面产生诱导偶极矩,导致电荷由碳纳米管向氢分子大量转移,从而驱使电子由碳纳米管尖端发射到真空中,提高了碳纳米管的场发射性能。     

碳纳米管场发射理论计算与场发射机理分析

一个理想的碳纳米管是由碳原子的六角网格所卷成的无缝园筒结构，多壁碳纳米管较复杂，存在许多缺陷及杂质等，碳纳米管最基本的单元为单壁纳米管，目前对其研究的比较多。     

碳纳米管/液晶复合材料的研究进展

当今各种纳米材料在液晶显示和非显示应用方面已显示出非凡潜力。其中,碳纳米管与液晶分子同具各向异性几何外形,更容易分散到液晶中,稳定性更强。本文简要综述了近年来碳纳米管/液晶复合材料的研究进展,首先介绍了碳纳米管与液晶材料的基础概念与分类,讲述了将碳纳米管分散到液晶中常用的3种方法,讨论了碳纳米管对液晶材料相变温度、光学性能、电导率、介电性质与力学性能等物理性质的影响,最后介绍了碳纳米管/液晶复合材料在致动器、传感器、手写板、高强度材料等领域的应用。对碳纳米管/液晶复合材料制备、性能与应用研究的认识,将有助于探讨碳纳米管与液晶分子间相互作用导致改善液晶热、介电、电光、力学等物理性质的确切机制,为未来相关应用的实现奠定了基础。     

机场跑道异物监测雷达回波建模

跑道异物严重影响飞机的安全,有效检测跑道异物是保障飞机安全急需解决的问题。根据跑道监测雷达固定工作环境,采用坐标系统变换的方法建立几何模型,为简化运算,对模型参数做了近似表示。在此基础上,运用统计模型法模拟跑道杂波,并建立目标回波模型。杂波主要来自草地和跑道,结合几何模型计算该复合场景的后散射系数,对杂波随机序列和回波分别进行了仿真,给出了仿真结果。     

原位电子束诱导沉积制备碳纳米结构

以多壁碳纳米管为基本材料,利用电子束诱导沉积的方法进行了纳米结构加工、修饰研究.电子束诱导沉积实现了二个碳纳米管端部之间的牢固焊接,实现了纳米材料间的几乎无损伤连接.原位测量表明多壁碳纳米管间的连接为欧姆接触.进一步对碳纳米管施加外电场可以使端部碳原子间的π键打开,外部碳原子经电子束诱导沉积在碳纳米管的端部,并定向生长成非晶态碳纳米线.由于碳纳米管和纳米线结合处的.键作为绝缘界面,形成了电子输运的势垒,所得到的碳纳米管-纳米线复合结构具有整流特性.利用电子显微镜进行纳米材料的结构加工、修饰,具有选择位置精确、可实时监测、对纳米材料几乎无损伤、重复性和可靠性高,以及加工尺度可人为控制的特点.     

物理所制备出高强度碳纳米管、铜基夹层结构复合薄膜

由于碳纳米管之间存在很强的范德华力,极易产生团聚,导致碳纳米管在复合材料中很难均匀分散;而且,碳纳米管是由单一的碳原子通过sp3杂化和sp2杂化组成,化学活性低,碳纳米管的尺寸与金属晶格相差较大,在制备复合材料时很难与金属基体形成有效的界面结合。因此,传统的金属基复合物的制备方法对于碳纳米管增强金属基复合物的制备具有很大局限性。另外,虽然已经有一些关于碳纳米管/金属复合物的报道,     

Distortion of pulsed signals in carbon nanotube interconnects

This paper investigates the distortion of DC and radio frequency (RF) pulsed signals in carbon nanotube interconnects. A modified transmission line model for single-walled carbon nanotubes is employed for the simulation. Comparisons with the conventional AlCu interconnect are performed.     

单根碳纳米管阴极场致发射特性研究

碳纳米管具有优异的场致发射性能,是一种很有前景的电子发射源。本文初步探讨了纳米材料发射理论机制,利用电磁计算软件CST建立仿真分析模型,并针对其具体结构特点构造了合适的仿真环境,通过仿真计算取得的成果对于研制采用碳纳米管阵列作为场致发射阴极的微波管有重要的理论指导作用。     

Pipetting Nanowires: In Situ Visualization of Solid‐State Nanowire‐to‐Nanoparticle Transformation Driven by Surface Diffusion‐Mediated Capillarity

The most interesting applications of nanotubes include their use as storage media for atoms and small molecules, as nanoscale capsules for chemical reactions, and as nanopipettes for material delivery. The geometrical transformation of metallic copper nanowires, confined in graphitic coating, into crystalline nanoparticles of up to tenfold increased diameter is reported. In situ transmission electron microscopy images at 500 °C, recorded as movies, provide an exceptional real‐time visualization of Cu draining out of the carbon coating. The solid content of the carbon tube is effectively evacuated over micrometer distances towards the open end, transforming each nanowire into a single monocrystalline, facetted Cu particle. Kinetic Monte Carlo simulations propose that this dramatic morphological transformation is driven by surface diffusion of Cu atoms along the wire/tube interface, thus minimizing the total free energy of the system.     

纳米碳管周维的电位和电场分布

通过数值计算研究了单根碳管模型和碳管阵列模型下的电位和电场分布情况。利用有限差分求解碳管周围，特别是尖端附近的电位和电场分布。并通过修改模型参数，分析了碳管高度、碳管半径等几何参数对碳管周围电场分布的影响。对于碳管阵列模型还着重分析了碳管间的场屏蔽效应和场增强因子。     

First-principles study of metal atom adsorption on the boron-doped carbon nanotubes

Different boron-doped carbon nanotubes with dispersed Ni atoms as potential hydrogen storage materials are investigated using first-principles density functional theory. Our results show that substitution of neighboring two carbon atoms with boron atoms can improve the adsorption of Ni atom on the tube and fix the Ni atom around boron atoms, which prevent the aggregation of the Ni atoms on the surface. It is also found that this kind of boron-doped SWNT with Ni as catalyst has large hydrogen storage capacity.     

分子动力学模拟单壁碳纳米管的轴向焊接(英文)

采用紧束缚分子动力学方法模拟了两个不同口径的单壁碳纳米管的轴向焊接过程。发现焊接过程会形成一些新的C-C键,但这些键的形成并不是瞬间、同时完成的,小口径的单壁碳纳米管会围绕一个最先形成的C-C键以与两管轴平行的一条直线为轴旋转;同时通过模拟还首次发现这些新形成的C-C键在焊接过程中会促使两个单壁碳管在径向上产生一个明显的约为0.317nm的位移。从最终结构可以看出两个单壁碳管的部分碳原子在管的一侧会形成一个良好线性关系。焊接过程中发生的这些现象可能影响最终结构的物理、电学性能。     

Atomic Mechanisms for the Si Atom Dynamics in Graphene: Chemical Transformations at the Edge and in the Bulk

The dynamic behavior of e‐beam irradiated Si atoms in the bulk and at the edges of single‐layer graphene is examined using scanning transmission electron microscopy (STEM). A deep learning network is used to convert experimental STEM movies into coordinates of individual Si and carbon atoms. A Gaussian mixture model is further used to establish the elementary atomic configurations of the Si atoms, defining the bonding geometries and chemical species and accounting for the discrete rotational symmetry of the host lattice. The frequencies and Markov transition probabilities between these states are determined. This analysis enables insight into the defect populations and chemical transformation networks from the atomically resolved STEM data. Here, a clear tendency is observed for the formation of a 1D Si crystal along zigzag direction of graphene edges and for the Si impurity coupling to topological defects in bulk graphene.     

Electronic and optical properties of ordered porous germanium

The electronic band structure and dielectric function of ordered porous Ge are studied by means of a sp³s^* tight-binding supercell model, in which periodical pores are produced by removing columns of atoms along [0 0 1] direction from a crystalline Ge structure and the pore surfaces are passivated by hydrogen atoms. The tight-binding results are compared with ab-initio calculations performed in small supercell systems. Due to the existence of periodicity in these systems, all the electron states are delocalized. However, the results of both electronic band structure and dielectric function show clear quantum confinement effects.