碳纳米管复合材料中镁基体裂纹尖端应力强度因子有限元分析

通过有限元软件ANSYS对碳纳米管增强镁基(AZ91D)复合材料镁基体裂纹尖端应力强度因子进行模拟,得出在裂纹长度和弹性模量不匹配下对基体裂纹尖端无量纲化的应力强度因子影响情况.进一步模拟了不同长径比碳纳米管对复合材料基体中裂纹尖端应力强度因子的影响.结果表明:当碳纳米管长径比较小时基体裂纹尖端应力强度因子随裂纹长度增长而增大,当碳纳米管长径比较大时基体裂纹尖端应力强度因子随着裂纹长度的变化呈现出减小的规律.     

碳纳米管阴极场致发射的电场数值模拟

利用Visual FORTRAN语言，对碳纳米管阴极的外电势分布和电场强度分布进行了数值模拟．采用非等间距的网格划分对碳纳米管尖端附近进行细致的划分处理，并利用等参有限元方法进行了模拟计算．分析了碳纳米管尖端局部电场强度的增强效应和相邻碳纳米管之间的电场屏蔽现象．讨论了碳纳米管电场强度随管间距变化的关系以及碳纳米管尖端电场强度随半径变化的关系。     

六角排列碳纳米管阵列的场增强因子的计算

通过求解Laplace方程得到六角排列的碳纳米管(CNTs)阵列的管尖端电场强度和场增强因子,具体研究CNTs的自身线度、阵列密度及阵列形状对CNTs的场增强因子的影响.研究结果表明,场增强因子随CNTs长径比的增加而增加,对于长径比一定的CNTs阵列,对应着一个最佳阵列密度,如管长为 6 μm、管径分别为5 nm、13 nm、20 nm的CNTs阵列对应的最佳阵列密度为3.05×1011 cm-2、4.83×1010 cm-2、2.12×1010 cm-2.在相同的阵列密度下,六角排列CNTs阵列的场发射性能要优于四方排列的CNTs阵列.计算得到六角排列CNTs阵列上端面的电势分布曲线.     

尖端导体表面附近的静电场的研究

根据数学物理理论,对尖端导体表面附近的静电场进行研究。得出尖端导体表面附近的电势分布和等势线方程。利用场强与电势的关系,导出尖端导体表面附近的电场强度的数学表达式,并求出尖端导体表面的面电荷密度,进而又利用电场强度与等势线的关系,导出尖端附近的电力线方程。     

对球形尖端导体表面附近静电场的研究

尖端导体表面附近的静电场分析，是研究静电平衡时导体表面电荷分布与其表面曲率关系的重要手段。求解球形尖端导体表面附近的静电场，发现这种导体表面附近的电场、导体上的电荷分布规律与理想尖端或锥形尖端相比较，电场强度和电荷密度均小得多，它们的分布随相关参数的变化而更快。     

二维、三维模型碳纳米管场发射场强计算的比较研究

在计算碳纳米管场发射显示器中电场强度时,为了提高计算效率,许多资料将三维空间的场发射简化为二维模型进行计算,为了比较分析使用二维模型和三维模型计算结果的差异,建立了二维模型单根碳纳米管、三维模型单根碳纳米管和单碳纳米墙3个模型,应用Ansoft Maxwell有限元数值仿真软件进行了仿真,计算结果表明:二维碳纳米管场发射模型的仿真结果代表的三维空间实际情况为碳纳米墙场发射,而不是真正的三维空间碳纳米管场发射。对于单根碳纳米管,用二维模型计算的碳纳米管尖端电场强度仅为三维空间碳纳米管尖端电场强度的1／4。     

导线内部电场与电荷密度分析及研究

导线表面电荷的分布是不均匀的,各点电场强度的大小也不同。采用表面电荷法计算导线表面的电荷密度,然后求出导线表面各点的最大电场强度值。通过计算方法能够反映出电荷密度及电场强度沿导线圆周分布的情况,同时估算了一下电荷密度的数量级。     

尖端导体表面附近的电场特性

以圆锥形导体为研究对象,从求拉普拉斯方程在边界条件下的解出发,得到尖端导体附近的电势分布和等势线方程。利用场强与电势的关系,导出尖端导体表面附近电场强度的数学表达式及其表面面电荷密度。用计算工具软件M athem atica作出相应的等势线簇图形。     

优化催化剂密度改善碳纳米管薄膜纯度与场发射特性

对涂敷有不同浓度催化剂的硅基生长出的碳纳米管薄膜的生长状况和特性进行了研究，并且获得了催化剂的优化浓度，在基底上涂敷氢氧化铁溶胶从而引入催化剂颗粒，用低压化学气相沉积法生长出碳纳米管薄膜，工艺表明，碳纳米管薄膜的生长状况受到催化剂密度的影响，当密度太高时，碳纳米管薄膜的尖端效应不明显，且杂质含量较高；当密度太低时，无法生长出均匀的碳纳米管薄膜，扫描电镜分析和场发射特性测试表明，涂敷有优化浓度的催化剂生长出的碳纳米管薄膜，具有更明显的尖端效应，更高的纯度，阈值电压降到95V，透射电镜观察到的碳纳米管直径为10-100nm。     

红壤黄壤及紫色土表面电荷性质的研究

运用带电颗粒表面性质联合分析法,测定了不同pH值条件下(pH7和4.5)下红壤、黄壤和石灰性紫色土的表面电荷性质.结果表明:在相同pH值条件下,石灰性紫色土比可变电荷土壤有较高的表面电位、表面电场强度、表面电荷数量和比表面积,且3种土壤的表面电场强度都可达108 V/m的数量级;随着pH值的降低,3种土壤的表面电荷数量和表面电荷密度显著减小;pH值为4.5时,红壤和黄壤的表面电位和表面电荷数量接近.     

碳纳米管平板显示器有限差分法模拟

采用有限差分法,根据碳纳米管平板显示器的特点选择合适的边界条件,分析了碳纳米管平板显示器内部的电场分布和场增强因子随碳纳米管直径、长度和碳纳米管之间间隔的变化关系。计算结果表明,当碳纳米管之间间隔大于碳纳米管长度3倍时,碳纳米管之间的屏蔽效应可以忽略不计,电场强度和场增强因子随碳纳米管长度增大而线性地增大,当碳纳米管直径较小时,电场强度和场增强因子随碳纳米管直径减小迅速增大。     

Determination of electron orbital magnetic moments in carbon nanotubes

The remarkable transport properties of carbon nanotubes (CNTs) are determined by their unusual electronic structure. The electronic states of a carbon nanotube form one-dimensional electron and hole sub-bands, which, in general, are separated by an energy gap. States near the energy gap are predicted to have an orbital magnetic moment, mu(orb), that is much larger than the Bohr magneton (the magnetic moment of an electron due to its spin). This large moment is due to the motion of electrons around the circumference of the nanotube, and is thought to play a role in the magnetic susceptibility of CNTs and the magnetoresistance observed in large multiwalled CNTs. But the coupling between magnetic field and the electronic states of individual nanotubes remains to be quantified experimentally. Here we report electrical measurements of relatively small diameter (2-5 nm) individual CNTs in the presence of an axial magnetic field. We observe field-induced energy shifts of electronic states and the associated changes in sub-band structure, which enable us to confirm quantitatively the predicted values for mu(orb).     

Field emission study of CNTs on metal tips

The field emission characteristics of multiwalled carbon nanotubes grown on metal tips are studied at various temperatures. It is found that emission current at a given applied electric field increased with the temperature, and the stability of the current did not change. The dependence upon temperature varies quite differently with the metal substrates. This may result from the asymmetry of the CNTs and the interface effect between CNT and underlay.     

碳纳米管介电电泳排布仿真研究

建立碳纳米管介电电泳排布的数学模型,利用有限元方法模拟电场分布对介电电泳力大小和方向的影响,结果表明碳纳米管最终的沉积位置以及排布方向受电场方向及梯度的控制,已沉积碳纳米管影响局部电场分布导致与其他碳纳米管产生排斥作用,因此通过改变电场分布可以有效控制介电电泳力的方向与大小,实现碳纳米管的规律排布.     

悬臂碳纳米管纯弯问题的非局部弹性解

基于Eringen非局部弹性理论和圆柱壳半无矩理论,研究了悬臂碳纳米管的纯弯曲问题。计及小尺度效应的影响,给出了单臂碳纳米管的应力-应变关系,得到了内力场和位移场的理论解。研究结果表明,对半径较小的碳纳米管,尺度效应较为明显。随着碳纳米管的半径增大,尺度效应逐渐减小。当碳纳米管的半径大于或等于8 nm时,可以忽略尺度效应的影响。     

场发射显示器环境下不同置向碳纳米管的尖端电场强度计算

针对碳纳米管场发射显示器的实际工作环境,计算给出了碳纳米管在垂直、与垂直碳纳米管等长倾斜45°和与垂直碳纳米管等高倾斜45°放置3种情况下的空间电势分布和电场分布,数值计算表明在上述3种情况下的碳纳米管尖端表面附近的电场强度比值约为13:10:12。进一步分析说明在垂直和倾斜碳纳米管同时存在的情况下,要提高电子发射的均匀性,就必须提高倾斜碳纳米管的高度。     

碳纳米管中氢等离子体的介电特性及微波吸收机理研究

运用双流体理论和唯象模型,导出了碳纳米管中氢等离子体的复介电常数和微波吸收系数,构建了铁催化高压歧化生成的碳纳米管中氢等离子体的微波吸收模型,从理论上证明了铁催化高压歧化生成的碳纳米管氢等离子体中的带电粒子对微波产生的碰撞吸收是其主要微波吸收机理,揭示了铁催化高压歧化生成的碳纳米管对2.45 GHz的微波产生强烈吸收的物理机制.