单壁碳纳米管弯曲屈曲行为的原子模拟

借助一个原子尺度的数值计算方法模拟单壁碳纳米管在弯曲载荷作用下的机械反应.碳原子之间的影响用Tersoff-Brenner势函数描述,计算了每个迭代步系统总势能对原子位置的一阶和二阶导数,系统的平衡位置通过Newton's方法来确定.不同类型的纳米管被模拟,当弯曲曲率达到一定值时,纳米管将发生屈曲变形.讨论了纳米管的长度和直径对屈曲变形以及关键屈曲曲率的影响.测试了2种弯曲加载方式,并对结果进行了比较和讨论.     

结构力学法求解碳纳米管的临界应变

采用宏观的力学模型,研究了具有不同长径比的锯齿型和扶手椅型碳纳米管的屈曲变形.其结果表明在长径比不变的情况下,随着碳纳米管半径的增加,临界应变值降低;长径比对临界应变有重要的影响;对于小的长径比,连续体壳理论是有效的,但是随着长径比的增加,碳纳米管半径小于0.8 mm的情况下,出现了分歧.因此宏观力学框架模型能有效地模拟碳纳米管的屈曲,预测临界应变.     

单壁碳纳米管力学性质的分子动力学模拟

用分子动力学方法研究了在"拉伸"和"悬臂梁"两种模型下单壁碳纳米管的力学性质。通过对扶手椅形式的单壁碳纳米管进行分子动力学计算,得出半径在0.35nm~0.69nm之间的碳纳米管的杨氏模量在1.32623Tpa~1.03947TPa范围内波动。从模拟结果可以看出,在"拉伸"和"悬臂梁"两种模型下得到的单壁碳纳米管的杨氏模量不但在数值上有所差异,而且随其半径的变化趋势相反。     

单分散单壁碳纳米管的制备

对电弧放电法合成的单壁碳纳米管样品进行硝酸氧化处理,经过离心分离后得到纯化的单壁碳纳米管。在超声波的作用下,向提纯后的样品中加入表面活性剂,制得单壁碳纳米管的分散体系。通过再一次的高速离心,将单壁碳纳米管管束和少量的石墨纳米粒子等杂质除去。UV-vis-NIR吸收光谱的研究表明,我们成功地制备了在水中分散的碳纳米管。     

非线性弹性屈曲问题的简单模型分析

本文借用Ｓｈａｎｌｅｙ模型考虑材料的非线性弹性的影响，给出了临界载荷分析，并用摄动法对后屈曲路径进行了分析。建立了后屈曲路径稳定与否的临界条件并进行了数值计算。结果表明材料的非线性弹性性质对临界载荷及后屈曲路径均有影响。     

单壁碳纳米管的制备和纯化研究

采用双金属Eu/Ni做为催化剂,用直流电弧放电法制备单壁碳纳米管(single walled carbon nanotubes,SWNTs),并对其进行了纯化处理。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉曼光谱对所得样品进行了表征。结果表明,以双金属Eu/Ni为催化剂与Y/Ni为催化剂合成的单壁碳纳米管直径分布相近,其中1.36 nm为直径的碳纳米管占多数。经纯化处理的单壁碳纳米管有较高的纯度。     

锯齿型、螺旋型单壁碳纳米管的能带计算

在紧束缚近似方法得到的扶手椅型单壁碳纳米管能带的基础上,通过坐标变换得到了锯齿型和螺旋型单壁碳纳米管能带的数学表达式,对结构参数为（9,0）、（10,0）、（7,4）和（9,6）型单壁碳纳米管的能带曲线进行了计算,并对能带曲线的特征进行了深入讨论和分析.研究表明,当结构参数满足|m-n|=3J （J=整数）时为金属型碳纳米管,当不满足上式时为半导体型碳纳米管.由于固体的许多基本物理性质可以由固体的能带理论阐明和解释,因此,该结论对单壁碳纳米管π电子结构以及物性研究提供了有益的理论参考.     

单壁碳纳米管的电极耦合效应研究

利用紧束缚格林函数和计算机数值模拟方法,研究了单壁碳纳米管的电极耦合效应．计算结果表明,电极耦合强度直接影响系统的量子电导：在电极和中心单壁碳纳米管之间无耦合作用时,系统的行为呈现出理想的电导量子化特征,电导呈台阶式增长,最小电导为4e2/h; 在电极和中间单壁碳纳米管之间处于强耦合作用时,系统像个Fabry—Perot电子谐振腔,表现出明显的量子电导快速振荡和背景缓慢振荡;而对于耦合较弱的情况,由于电子在界面处所受散射作用的增强,系统的电导降低;当耦合作用极其微弱时,系统达到量子电导振荡的极限,像个量子点,此时电子在输运过程中只能一个接一个地通过碳纳米管．     

扁拱跳跃屈曲的突变模型

所建立的扁拱跳跃屈曲突变模型，可以形象地描述扁拱的失稳性态，清晰地阐明拱失稳的物理意义，给出失稳临界力及有关变量间的一些关系式。     

石墨烯与碳纳米管氢吸附性能的分子模拟

在293.15 K、101.30 kPa的条件下,测定了氢气在石墨烯、单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的储氢密度,对比了同等条件下采用不同力场计算得到的数据,筛选了3种碳材料的最佳计算力场。在此基础上,进一步计算了3种碳材料在0~1 000.00 kPa、77.00~573.15 K条件下的储氢密度。结果表明,Dreiding力场是计算石墨烯吸附储氢密度的最佳力场,Universal力场是计算碳纳米管吸附储氢密度的最佳力场;在给定条件下,3种材料吸附储氢能力强弱排序为石墨烯>单壁碳纳米管>多壁碳纳米管,储氢能力与材料的比表面积及其与氢气的弱结合力紧密相关。该研究结果可为分子模拟碳材料吸附储氢和储氢材料设计提供数据和理论支撑。     

功能化单壁碳纳米管的气敏性研究

通过不同官能团功能化,在单壁碳纳米管(SWNTs)上连接不同基团并制成薄膜。采用恒定电位法,将它们暴露在NO2中,N2作为载气,不同温度下(30℃、50℃、70℃、90℃)检测电流随时间的变化情况(I-t图)。结果表明,随着温度的升高各薄膜对NO2的响应速率加快;含对苯基的SWNTs薄膜在50℃灵敏度最大,而连接有羧基、氨基的SWNTs薄膜在30℃灵敏度最大;对硝基苯基功能化后的SWNTs对NO2的响应程度最大,明显强于其他薄膜。     

不同取代联苯的细胞毒性及与单壁碳纳米管的协同细胞毒性

用四甲基偶氮唑盐比色法(MTT比色法)考察了联苯、2-溴代联苯、2-联苯基羧酸和2-氨基联苯等4种不同取代联苯化合物的细胞毒性及其分别与单壁碳纳米管结合的协同毒性.实验结果表明,这4种化合物本身的细胞毒性由大到小依次是2-氨基联苯、2-溴代联苯、联苯、2-联苯基羧酸,并且与时间和浓度呈依赖关系.协同毒性实验中发现,4种化合物分别与无毒的单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotubes,SWNTs)联合后,细胞毒性均增强2~3倍,说明联苯类化合物与单壁碳纳米管结合具有协同毒性效应.     

铁磁性粒子填充碳纳米管的改进型交换共振模型

基于Aharoni交换共振模型,考虑了填充在碳纳米管中的铁、钴、镍等铁磁性粒子与碳纳米管之间的相互作用,提出了改进的交换共振模型。用此模型模拟了铁、钴、镍填充碳纳米管,并计算得其在2～18GHz范围内的交换共振频率分别为15.586GHz,15.643GHz,13.175GHz,与实验结果相吻合。     

碳纳米管的制备与应用研究进展

简述了碳纳米管的结构与性能,详细介绍了碳纳米管常见的制备方法和原理,以及碳纳米管在各个领域的应用和研究进展.     

Fe-Ni/Ti填充碳纳米管的制备和表征

以Fe-Ni/Ti为催化剂,采用PECVD法制备了金属Fe-Ni/Ti填充的碳纳米管,并用高分辨透射电镜(HRTEM),扫描电镜(SEM)等表征方法对碳纳米管的形态和微结构进行了深入研究.结果表明,本实验采用的方法获得了大量的被金属Fe-Ni/Ti不完全填充的碳纳米管.     

碳纳米管在生物医学传感器中的应用

从碳纳米管结构、电学性质及碳纳米管修饰电极出发,综述了碳纳米管在生物医学压力传感器、生物医学气体传感器、生物医学葡萄糖传感器中的应用,并对碳纳米管在生物医学传感器领域中的进一步应用需要解决的问题进行了概括.     

压杆弹性屈曲动态特征的试验研究

杆与刚架弹性屈曲临界力的数值往往难以直接测定。为了克服这一困难,本文探讨了一个动测途径:测定压力(P)和频率(f)的关系,作出P—f曲线,该曲线可提供一个弹性屈曲的最早征兆——突变点。