缺陷对单层碳纳米管轴压屈曲性能的影响

采用分子动力学方法,分别对含单、双原子空位缺陷的扶手椅形单层碳纳米管及其完善结构进行轴向压缩的数值模拟,对比两种长度纳米管在不同温度下的承载性能.模拟结果表明:温度越低、碳纳米管越长,完善纳米管屈曲强度的温度依赖性越显著;管壁缺陷显著降低了单层碳纳米管的承载能力,而且含缺陷碳纳米管的屈曲性能对温度变化并不敏感.     

STW缺陷对碳纳米管屈曲性能的影响

通过分子动力学模拟研究了扶手椅形和锯齿形含缺陷单壁碳纳米管(SWCNT)的轴向压缩特性,对单原子空位缺陷和stone-thrower-wales (STW)型缺陷对SWCNT轴压屈曲行为的不同影响进行了对比研究.研究结果表明:相比于含单原子空位缺陷的碳纳米管,尽管含STW缺陷的碳纳米管外型上更接近完善管,但是STW缺陷对SWCNT屈曲性能的影响与单原子空位缺陷所产生的影响极为接近.对由含缺陷SWCNT嵌套而成的双壁碳纳米管的轴压屈曲行为进行了分子动力学模拟,得出了很好的模拟结果.     

填充原子的碳纳米管屈曲性能

利用分子动力学方法对填充铜原子的单壁碳纳米管进行了轴向压缩模拟计算, 并探讨了填充原子位置对完美的及含缺陷的碳纳米管屈曲性能的影响. 研究结果表明, 填充原子的位置对完美的碳纳米管的屈曲临界应变没有影响, 但影响发生屈曲变形的位置; 对于含单原子缺陷的单壁碳纳米管, 缺陷与填充原子相对位置的不同会显著影响碳纳米管的屈曲性能.     

基于分子动力学的碳纳米管屈曲性能的研究

本文利用LAMMPS软件研究了扶手椅型单壁碳纳米管受轴向载荷压缩时的屈曲性能.通过对比分析完美碳纳米管与含S-W缺陷碳纳米管在受压时的力学性能,揭示出不同温度和S-W缺陷的不同分布方式对碳纳米管屈曲性能的影响规律.研究结果表明:碳纳米管的屈曲性能随着温度的升高而明显变差,这种影响在低温区尤为显著,碳纳米管的弹性模量受温度的影响很小;相同缺陷个数下,周向分布的S-W缺陷比轴向分布的S-W缺陷对碳纳米管屈曲性能的影响要大;在轴向方向上,均匀分布、集中分布和非均匀分布的S-W缺陷对碳纳米管的力学性能产生的影响类似,在周向方向上,集中分布对碳纳米管力学性能的影响比均匀分布的要大.     

含缺陷双层碳纳米管轴压屈曲的分子动力学模拟

为充分了解双层碳纳米管的力学性能,采用分子动力学模拟方法对双层碳纳米管的轴压屈曲变形进行了研究,针对双层碳纳米管的内、外管均为完善管或外管为完善管而内管存在不同缺陷的情况,着重分析对比了内、外管的单壁承载性能及变形特性.结果表明两支单层碳纳米管嵌套形成双层碳纳米管后,无论内管是否存在缺陷,内、外管的单管承载能力均大幅提高,且当内管单独受压产生屈曲变形时,双层碳纳米管的内、外层管变形并不协调.     

碳纳米管高温热形变的研究

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 .对直径为 1.35nm、长度为 2 .34nm、拓扑结构为扶手椅形式 (10× 10 )的单壁碳纳米管进行了分子动力学模拟 ,模拟结果表明 ,碳纳米管开头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 ,碳纳米管至少在 30 0 0K之下结构是稳定的 .     

三种缺陷碳纳米管储氢性能分子动力学模拟研究

采用分子动力学（MD）方法对3种含有缺陷的椅式（5,5）、椅式（6,6）和齿式（10,0）碳纳米管储氢能力进行了模拟研究,考查了缺陷大小、缺陷位置、碳纳米管直径和螺旋性以及温度对碳纳米管储氢性能的影响．模拟结果表明;碳纳米管在80K时的储氢能力明显高于298K时的储氢能力;在相同条件下,直径较大的碳纳米管储氢性能优于直径较小的;当碳纳米管上的缺陷孔较小时,碳纳米管在室温下即可达到较高的储氢量,且缺陷位于碳纳米管端部时的储氢量大于缺陷位于管壁时的储氢量,而碳纳米管的螺旋性对储氢量影响较小;当缺陷孔的尺寸变大时,碳纳米管的储氢量明显下降,与此同时,碳纳米管的螺旋性对碳纳米管储氢量的影响趋于明显,而缺陷所在位置对储氢量的影响则相应减弱．     

全钒液流电池多孔负极内传质介观分析

目的深入研究电极的传质机理,提高全钒液流电池的性能.方法采用Materials Studio软件构建包含碳纳米管(CNT)、水、V~(2+)、V~(3+)、SO_4~(2-)的介观模型,应用粗粒化分子动力学模拟方法对负极反应时电解液中各种粒子的传递特性进行介观分析.在Martini力场作用下,研究温度、碳纳米管长度、碳纳米管浓度对水、V~(2+)、V~(3+)、SO_4~(2-)的分布有序性和扩散系数的影响.结果随着温度的升高,粒子的扩散系数增大;随着碳纳米管长度的增加或碳纳米管浓度的增加,粒子的扩散系数减小.V~(2+)的扩散系数为2.54×10~(-6)~8.23×10~(-6)cm~2/s,V~(3+)的扩散系数为2.51×10~(-6)~5.26×10~(-6)cm~2/s.结论控制温度、碳纳米管长度、碳纳米管浓度获得了优化的扩散速率,减小了因为传质导致的浓差极化问题,提升了全钒液流电池的整体性能.     

单壁氮化硼纳米管储氢的理论研究

采用蒙特卡罗方法模拟常温、中等压强下单壁氮化硼纳米管的储氢,重点研究了单壁氮化硼纳米管的管径、管长和手性以及压强对其物理吸附储氢的影响.与单壁碳纳米管的物理吸附储氢相比较,氮化硼纳米管的储氢性能明显优于碳纳米管.计算结果显示,在常温、中等压强下单壁氮化硼纳米管的物理吸附储氢量(质量百分数)可以达到美国能源部提出的商业标准.     

钾掺杂单壁碳纳米管吸附CO_2气体的Monte Carlo模拟研究

减少化工企业对大气层的二氧化碳(CO_2)排放量以避免温室效应仍然是当前环境保护的重要任务之一.为促进研发储存和分离CO_2的纳米材料,采用巨正则蒙特卡洛(Monte Carlo)方法模拟了温度为300K时一系列压强下CO_2气体在不同类型的钾掺杂单壁碳纳米管中的吸附情况.结果表明:碱金属钾的掺杂可以在一定条件下显著提高碳纳米管对CO_2气体的吸附能力.由等温吸附曲线和吸附热曲线可知,多数情况下钾原子的掺杂量越大、钾原子嵌入管壁越深,则吸附能力越强.然而必须注意,某一压强下钾掺杂碳纳米管对CO_2气体的吸附量不仅受纳米管和气体分子之间的作用力强度的影响,还取决于吸附空间的大小;特定压强下的吸附量是这两种因素综合作用的结果.     

含单空位的(10,10)碳纳米管的振动性质和拉曼谱

运用Brenner经验势计算了碳原子间力常数和具体的振动模式,在此基础上利用经验键极化模型计算了含有单空位的(10,10)碳管的非共振拉曼谱.计算结果表明,单空位造成的局域模式所对应的拉曼峰位于完整碳管的G带之外,因此,在实验上可以用这一特性来探测碳管中的单空位.同时,当单空位浓度较小时,碳管的管径几乎不发生变化,仅仅是在拉曼谱中R带上劈裂出一些新的峰,这一现象主要源自于空位带来的对称性破缺.     

Di-electrophoresis assembly and fabrication of SWCNT field-effect transistor

In the process of fabricating nano electrical device or system based on single-walled carbon nanotube （SWCNT）, the controllable assembly and fabrication of SWCNT field-effect transistor （SWCNT FET） is a key issue. SWCNT FET is the most basic and important component in nano electronics. After microelectrode chip of back-gate FET is designed and fabricated, di-electrophoresis technology is adopted to realize the controllable alignment and assembly of SWCNTs, based on dispersing SWCNT by sodium dodecyl sulphate （SDS） facilitated ultra-sonication technique and removing impurities by centrifugal technique. The experiments of SWCNTs assembly demonstrate that SWCNTs are aligned and assembled uniformly at the microelectrodes gap with the alignment density nearly proportional to di-electrophoresis duration and solution concentration. After the processes of rinsing, drying and improving, metallic SWCNTs among the assembled SWCNTs are burned out and residual SDS is removed, and perfect field-effect performance of SWCNT FET is eventually obtained.     

复合材料层合板的分层屈曲

采用Ｗｉｎｔｃｏｍｂ薄膜分层屈曲模型,根据Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｒｉｔｚ法建立了考虑温度效应时复合材料层合板分层屈曲的稳定特征方程,计算阳出了均匀温度场中对称铺设层合板椭圆形分层屈曲的临界压缩载荷及屈曲临界温升。     

含分层损伤的复合材料加筋层合板的非线性热屈曲分析

给出了材料性质与温度有关的含分层损伤的复合材料加筋层合板的增量求解形式的有限元列式,并计算了含分层损伤的加筋层合板的热屈曲问题．计算结果表明,材料性质随温度变化的特征、加筋形式和分层大小对加筋层合板的热屈曲温度有显著影响．     

复合材料层合板非线性热屈曲分析

给出了材料性质与温度有关时的复合材料层合板的热屈曲问题的非线性有限元分析方法，采用增量与全量两种格式求解。结果表明：材料性质随温度变化对层合板热屈曲温度有显著影响，增量格式给出的临界温度较全量格式的低。     

温度梯度下功能梯度材料圆柱壳的热屈曲

本文采用能量法研究了不同温度梯度下功能梯度材料圆柱壳的热屈曲行为。屈曲临界条件由里兹法得到。在临界条件中,由于材料属性和温度的耦合效应,临界温升通过迭代算法求得。文中讨论了两种温度梯度形式以及物性温度相关性对临界温升的影响。数值结果表明：功能梯度材料的组分参数只在一定小范围内对临界温升有显著影响;相比之下,结构尺寸参数的影响更大;在功能梯度材料圆柱壳热屈曲分析中考虑物性温度相关性是十分必要的,否则将大大地高估临界温升;若采用抛物型温度场来代替实际的热传导温度场,临界温升在陶瓷含量较多且壳厚较小的情况下,将可能被低估,而在金属含量较多且壳厚较大的情况下,却可能被高估。     

侧压下含缺陷功能梯度材料圆柱壳的屈曲

本文采用圆柱壳Donnell方程和前屈曲一致理论,研究了侧压作用下含缺陷功能梯度材料圆柱壳的屈曲问题,计及前屈曲效应和材料物性温度相关性的影响,结合伽辽金原理,给出了功能梯度材料圆柱壳的临界屈曲条件。数值结果考虑了缺陷、组分参数、温度和壳体尺寸对屈曲的影响。     

高温高产井油管屈曲对特殊螺纹性能的影响

为研究高温高产井中油管发生屈曲对特殊螺纹性能的影响,借助ABAQUS有限元软件建立了某特殊螺纹的三维有限元模型,结合实际屈曲工况,并综合考虑了温度、内压、轴向力等因素,得到了屈曲后油管特殊螺纹的应力分布以及密封结构上的接触压力分布。结果表明：屈曲后特殊螺纹环向上应力分布不均,表现为受压缩一侧Von Mises应力及接触压力明显大于受拉伸一侧,且正弦屈曲段相比于螺旋屈曲段接头环向上的应力集中更突出;屈曲后,受压一侧的台肩以及管体大端外螺纹第一扣处的Von Mises应力值超过了材料的屈服强度,结构发生塑性变形;受拉一侧的密封面以及台肩面上的接触压力为零,密封结构失去密封能力。     

正交铺设层合圆柱薄壳在外压作用下的屈曲和后屈曲

依据文献[1,2] 提供的圆柱薄壳屈曲的边界层理论,以挠度为摄动参数,采用奇异摄动方法,给出了完善和非完善、非对称正交铺设层合圆柱薄壳在侧向外压和静水外压作用下的屈曲和后屈曲分析.本文给出了多种复合材料层合圆柱薄壳的计算结果,同时讨论了铺层数对屈曲载荷、后屈曲平衡路径的影响.