多壁纳米碳管振子及其能量耗散的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟的方法,模拟了不同温度下,不同管型的多壁纳米碳管振子;讨论了温度变化、壁面原子间的匹配程度对振动特性及振动过程中能量耗散的影响,根据能量的消耗来计算管壁间的摩擦力的大小.模拟结果表明,多壁纳米碳管振子在作减幅振动过程中不断有能量的消耗,振动频率可以超过80吉赫(GHz),振动时的恢复力与内外碳管重叠面积无关,通过统计消耗能量所计算的摩擦力大小在10-5 nN/atom量级;摩擦力的大小随温度升高有增大的趋势,但与管壁间原子匹配程度的相关性不大.     

纳米碳管的若干动力学问题

以单壁纳米碳管为例,建立了其分子动力学模型,并对(5,5)和(10,10)扶手椅型纳米碳管与刚性壁的正碰撞过程和简谐纵波传播过程进行了模拟.在此基础上,探讨如何用弹性杆模型来研究纳米碳管的动力学问题。研究表明,弹性杆模型可以描述单壁扶手椅型纳米碳管与刚性壁高速碰撞的动力学行为;对于纵波传播中的色散描述,则需在弹性杆模型中计入纳米碳管微结构引起的非局部弹性效应.     

纳米碳管中及自由状态下镍团簇形态与熔化的分子动力学研究

采用Rosato-Guillope-Legrand多体势分子动力学方法，模拟了（40，0）纳米碳管中及自由状态下Ni534原子团簇的形态与熔化特性，并对其差异进行了讨论。研究表明，温度T=300K时，碳管中及自由状态下的Ni534都具有晶体特征，但碳管中Ni534团簇的形态为与碳管同轴的单壁Ni管，而自由Ni534团簇为近似球形；碳管中Ni534团簇的熔点在900K以上，而自由Ni534团簇的熔点为696K左右。     

基于随机共振的纳米碳管气体传感器的研究

基于气体电晕放电原理,利用纳米碳管独特的物理结构和尖端发射效应,提出了一种新型的纳米碳管离子型气体传感器.采用阳极氧化铝模板法生长的定向纳米碳管阵列所构成的传感器,纳米碳管和电极是一体的,简化了器件结构和工艺.在外加直流电压激励下,纳米碳管顶部形成很强的非均匀电场,在电压相对低的情况下能很容易地电离气体,根据气体的击穿电压和放电电流来实现对单一气体和确定性混合气体的检测.为了提高检测混合气体的灵敏度,创新地在检测回路中引入随机共振发生装置,有效地提高了混合气体浓度检测的范围.实验中还分析了温度、湿度对传感器的影响,对该传感器的性能也作了评价.实验结果表明该传感器具有选择性好、体积小、响应时间快、灵敏度高、稳定性好,室温操作等优点,而且实现方便,操作简单,有较大的实用价值.     

基于多壁纳米碳管的传感器对甲苯的气敏性研究

传感器的基底为Al2O3,上面真空溅射了叉指金电极,在电极之间涂布微量多壁纳米碳管悬浊液,干燥后作为气敏膜.室温下测试电极暴露于甲苯气体前后的电阻变化,发现吸附了甲苯后电极的导电能力下降,且下降的幅度与被测甲苯浓度有良好的线性关系.该实验结果预示着多壁纳米碳管是一种良好的室温下检测甲苯的敏感材料.对该气敏响应的产生机理本文进行了一些初步的探讨.     

层层累积技术制备基于纳米碳管的葡萄糖生物传感器

以多壁纳米碳管(MWCNTs)为电子媒介体和酶的吸附载体,利用层层累积的自组装技术固定葡萄糖氧化酶(GOx)的多层(MWCNTs/GOx)n复合薄膜修饰电极,制备了一种新型葡萄糖生物传感器。结果表明:传感器对葡萄糖的响应电流值随着MWCNTs/GOx复合薄膜层数的不同而变化,当MWCNTs/GOx复合薄膜的层数为6时,响应电流值达到最大。(MWCNTs/GOx)6复合薄膜修饰的葡萄糖生物传感器对3×10-2mol/L葡萄糖的响应电流为1.63μA,响应时间仅为6.7 s。该生物传感器检测的线性范围为5×10-4~1.5×10-2mol/L,最低检测浓度可达0.9×10-4mol/L。     

纳米碳管气体放电气敏传感器中随机共振现象的研究

在对某些非线性动力学系统中,存在着随机共振现象,它不是通过消除噪声而是利用噪声来达到检测微弱信号的目的,随机共振是非线性动力系统中的普遍现象,它向人们展示了噪声在非线性体系中的积极作用.本文对纳米碳管气体放电气敏传感器中的随机共振现象进行了研究,利用纳米碳管电极作为气敏传感器阳极,在以空气为目标气体的传感器检测系统中观察到二重随机共振现象.提取放电周期脉冲信号,利用高斯白噪声调制放电周期脉冲信号,输出信噪比的仿真结果与实际观察到的二重随机共振现象一致.     

基于凝胶与纳米碳管复合体化学传感器的研究及人工味觉应用

纳米碳管与高聚物复合体由于其独特的电学、光学、机械等性质,成为目前研究的前沿和热点,并呈现出令人振奋的应用潜力。本文介绍了其导电机理,首次制备了两种基于凝胶高聚物与单壁纳米碳管复合体薄膜的化学传感器,并将其应用于实验室开发的电子舌系统,采用阻抗法测量传感器在不同液体中的频率响应,最后对数据用主成分分析法进行模式识别,初步实验结果表明所制备的传感器能较好的区别酸、甜、苦、咸等味道。     

基于Brenner作用势的碳纳米结构计算程序开发

数值模拟方法是当前人们研究纳米尺度结构的主要手段之一。以著名的分子模拟软件HyperChem为平台开发出基于第二代Brenner作用势的用户计算程序,并应用于各种碳纳米结构的分子力学模拟,相关计算结果已经在若干国际刊物上发表。     

纳米切削分子动力学仿真可视化研究

为了更好的理解纳米切削的机理，陔文使用C＋＋和OpenGL技术构建了纳米切削分子动力学仿真可视化系统MDView。MDView根据仿真模型特点采用面向对象技术动态建立与仿真结果对应的原子集合类，应用显示列表和显示细节技术优化可视化性能。实现的三维数据显示、剖视显示和交百操作功能可用于仿真结果观察和程序调试。最后利用MDView对金刚石刀具切削单晶铝材料的纳米切削分子动力学仿真进行了可视化。可视化结果对于调试纳米切削分子动力学计算程序和观察切削变形起到了良好的作用。     

分子动力学模拟聚乙烯在碳纳米管表面的扩散

通过采用分子动力学方法模拟不同链长的聚乙烯分子在单壁碳纳米管表面的扩散,探究了聚乙烯的动力学性质。研究表明随着链长的增加聚乙烯在碳纳米管表面的扩散系数减小,且二者间存在明显的标度关系。聚乙烯在碳纳米管表面扩散的扩散系数和聚乙烯吸附在碳纳米管表面的构象有关,有序结构的聚乙烯比无序结构的聚乙烯在碳纳米管表面扩散的快。此外,由于受到碳纳米管吸附作用的影响,聚乙烯分子在平行于管轴和垂直于管轴2个方向上的扩散系数不同,扩散表现各向异性。     

碳纳米管/聚乙烯界面分子构型的数值仿真

为研究在应力场和温度场作用下碳纳米管/不定型聚乙烯复合材料界面基体分子取向的变化历程,建立对应的复合材料分子模型.利用经典分子动力学的模拟方法,在对不同温度场碳纳米管表面高分子径向分布函数(Radial Distribution Function,RDF)分析的基础上,重点分析温度和拉伸应力对界面处基体分子取向参数的影响规律.结果表明:当温度从600 K降低到50 K时,界面基体分子的径向分布函数值和取向参数值分别提高140%和119%;当温度为50 K时,对复合材料施加0.01 ps-1的应变速率,当应变从0增加到0.24时,高分子链整体取向参数值提高19%.     

自组装二十烷二羰基二-L-谷氨酸纳米管的分子模拟

为了洞察自组装二十烷二羰基二-L-谷氨酸(Eicosanedioyl—di—L—glutamic acid)EDGA球形螺旋纳米管微观结构，我们在大型计算机工作站SGI3800上，利用CERIUS2分子模拟软件，进行了计算机分子模拟。首先，根据EDGA分子在纳米管壁中的受力情况，确定了相当于二维周期边界条件的三维周期边界模型，由分子动力学构象搜索法寻找低能量的分子构象，进而运用分子力学、分子动力学交替进行的退火算法对EDGA单层膜聚集体进行模拟计算；结果得到分子两端基谷氨酸的构象不同的最低能量的分子构象，和螺旋与弯曲两种趋势同时存在的EDGA单层膜聚集体。模拟结果可以合理地描述自组装二十烷二羰基二-L-谷氨酸球形螺旋纳米管的一些结构特征。     

Enhancing the capacitances of electric double layer capacitors based on carbon nanotube electrodes by carbon dioxide activation and acid oxidization

Polarizable electrodes of electric double layer capacitors(EDLCs) were made from carbon nanotubes(CNTs).Effect of carbon dioxide activation together with acid oxidation for the electrodes on the characteristics and performances of electrodes and EDLCs was studied.Carbon dioxide activation changed the microstructure of the electrodes,increased the effective surface area of CNTs and optimized the distribution of apertures of the electrodes.Acid oxidization modified the surface characteristics of CNTs.Based on...     

碳纳米管修饰电极研究鸟嘌呤及其核苷的电化学行为及测定

利用微波辅助功能化的单壁碳纳米管可以均匀分散于二次水中,并可以在玻碳电极表面形成稳定的薄膜,利用该修饰电极研究了鸟嘌呤与鸟嘌呤核苷的电化学行为及其测定,并对鸟嘌呤和鸟嘌呤核苷的分别或同时测定条件进行了优化.结果表明,与裸玻碳电极相比,鸟嘌呤及其核苷在该单壁碳纳米管修饰电极上的氧化峰电流和检测灵敏度大大提高,该方法检出限低、分析速度快.酸降解的DNA在该修饰电极上可以得到对应鸟嘌呤的灵敏溶出峰,峰电流与DNA浓度在一定范围内成线性关系.     

Pole‐zero analysis and wavelength scaling of carbon nanotube antennas

Carbon nanotube (CN) antennas have applications in the THz electromagnetic spectrum. Nanotubes have a highly dispersive and frequency dependent conductivity model. In this article, we compare the poles and zeros in the input impedance of CN antennas at different lengths. We used model‐based parameter estimation to approximate the input impedance of the antenna with a rational function in the complex frequency domain. Despite dispersive conductivity of CN, the imaginary part of the poles and zeros are respectively the integer multiples and odd multiples of the imaginary part of the first pole and zero. However, the real part of poles is almost constant, while the pattern was not observed for the real part of zeros. We also show that CN dipoles operating between 43 and 53 GHz are well matched if the source impedance is much higher than 50 ohms, and even higher than 12.9 kΩ. The fundamental resonances (f₀) of CN dipoles plotted versus their inverse‐half‐length (1/L) are linearly related, but the intercept of the fitted straight line is non‐zero unlike that for perfect electric conductor (PEC) dipoles. This leads to non‐linear variation in wavelength scaling of CN dipoles. The resonant CN antennas are relatively much shorter than PEC dipoles.     

基于铂纳米颗粒修饰碳纳米管Nafion膜电极的葡萄糖传感器

将分散在Nafion溶液中的多壁碳纳米管(MWNT)修饰玻碳电极(GCE),再在该膜上电沉积一层铂纳米粒子,制成铂纳米颗粒修饰的碳纳米管Nafion膜电极(Nafion-MWNT-Pt/GCE),并吸附固定葡萄糖氧化酶(GOD),构建电流型葡萄糖生物传感器。考察了Nafion-MWNT-Pt/GCE的电化学特性,发现沉积铂纳米粒子后,Fe(CN)6-3/-4电对在Nafion-MWNT-Pt/GCE上的氧化峰和还原蜂之间的电势差(ΔE)为179mV,小于未修饰铂纳米粒子的碳纳米管Nafion膜电极的ΔE(190mV),表明碳纳米管上电沉积的铂纳米粒子可加速电极的电子传递,电化学反应具有良好的可逆性。此外,铂纳米粒子尚具有良好的催化H2O2氧化的特性,H2O2在Nafion-MWNT-Pt/GCE上的计时电流响应明显增大。基于Nafion-MWNT-Pt/GCE的葡萄糖生物传感器显示了良好的传感性能,其检测线性范围为2.1×10-5～7.6×10-3mol/L,检测下限为1.0×10-6mol/L。     

Performances of carbon nanotube field effect transistors with altered channel length

The influence of channel length on the performances of carbon nanotube field effect transistors(CNT-FETs) has been studied.Buffered oxide etching was used to remove approximately a 60 nm layer from the original 100 nm silicon dioxide layer,to thin the dielectric layer of the back gate.Channel length of the CNT-FETs was changed along with the etching process.The dependence of drain-source current on gate voltage was measured to analyze the performance of the CNT-FETs,including the transconductance,carrier mo...     

Vapor sensing properties of thermoplastic polyurethane multifilament covered with carbon nanotube networks

The volatile organic compound (VOC) vapor sensing properties of a novel kind of thermoplastic polyurethane multifilament - carbon nanotubes (TPU-CNTs) composites is studied. And the sensing is based on changes in the electrical resistance of the composites due to vapor contact. The composites were readily obtained by adhering CNTs on the surface layer of TPU by means of simply immersing pure TPU multifilament into CNT dispersion. The uniformly formed nanotube networks on the outer layer of composite multifilament are favorable for providing efficient conductive pathways. The resulting TPU-CNTs composites show good reproducibility and fast response (within seconds) of electrical resistance change in cyclic exposure to diluted VOC and pure dry air. The vapor sensing behaviors of the composites are related to CNT content, vapor concentration, and polar solubility parameters of the target vapors. A relatively low vapor concentration of 0.5% is detectable, and a maximum relative resistance change of 900% is obtained for the composite with 0.8 wt.% CNT loading when sensing 7.0% chloroform. It is proposed that both the disconnection of CNT networks caused by swelling effects of the TPU matrix and the adsorption of VOC molecules on the CNTs are responsible for the vapor sensing behavior of TPU-CNTs composite, while the former effect plays the major role.