单壁碳纳米管的屈曲分析

利用基于高阶Cauchy-Born准则所建立的单壁碳纳米管本构模型以及最小二乘无网格数值方法详细地研究了扶手型(7,7)单壁碳纳米管的压缩屈曲行为.目前的研究结果与基于分子动力学的计算结果取得了很好的一致,同时进一步揭示了其压缩屈曲变形前后的变形机理.     

碳纳米管表面电荷电分布及尖端电场研究

碳纳米管具有一些特殊的物理性质，其中潜藏着重要的技术价值。从理论上具体研究了金属型碳纳米管周围的电势分布、纳米管表面电荷分布及其尖端附近的电场强度等静电特性，结果显示长径比小的碳纳米管尖端处所集聚电荷密度的相对值大，而长径比大的碳纳米管尖端处所集聚电荷密度的绝对值大，并且碳纳米管的尖端电场强度有很大的加强。这对理论上进一步探索碳纳米管的场发射机制有积极意义。     

单壁碳纳米管的超导电性

阐述了电弧法制备单壁碳纳米管以及在单壁碳纳米管内实现超导态的实验方法。对用电弧法制备碳纳米管的实验条件、实验过程和实验产物进行了讨论。此外，分析了用、接受诱导法”实现碳纳米管的超导电态的具体条件，即将单壁碳纳米管束或单个碳纳米管嵌放在两个超导电极之间，在一定的条件下，有可能在碳纳米管内诱导出超导电流，已有的实验显示碳纳米管内的超导电流的临界值较大，并表现出特殊的对温度和磁场的依赖性。“接近诱导法”打开了探索碳纳米管超导性质的大门。     

碳纳米管增强镁基复合材料长径比对力学性能影响的有限元分析

建立复合材料中(镀铜)碳纳米管增强镁基复合材料空间轴对称分析模型,直接采用有限元法研究长径比对纳米复合材料的力学性能的影响.研究表明,长径比较高时,增强基应力集中程度较高,饱和应力范围较大,说明提高长径比可以提高应力传递效率,有利于增强基高弹性模量的发挥;随着长径比的提高,复合材料整体弹性模量增大,当长径比超过临界值后整体弹性模量趋于稳定;对于碳纳米管增强镁基复合材料,长径比临界值为45,弹性模量的临界值为49 GPa.     

单壁碳纳米管修饰碳纤维微电极的电催化性能研究

本文将单壁碳纳米管修饰到碳纤维微电极上,得到一种高灵敏的碳纤维修饰电极,对多巴胺、铁氰化钾、抗坏血酸等小分子具有较强的电催化作用,灵敏度较未修饰的电极有很大提高,对多巴胺的检测限达5×10-7mol/L。在20mmol/LTris-HC(l pH7.4)缓冲溶液中,100 mV/s扫速时,DA的浓度与修饰电极差分脉冲图中氧化峰电流成正比,在1×10-7～1×10-4mol/L浓度范围内,线性回归方程为Ip(A)=2×10-10+0.0002C(mol/L),相关系数r=0.9938。     

单壁碳纳米管热稳定性的模拟研究

运用紧束缚近似分子动力学模型,模拟研究了各种单壁碳纳米管(SWCNTs)在300~4 000 K范围内的热稳定性.结果表明:手性碳管的热稳定性明显优于其它类型的碳管,半径相近的单臂管比锯齿管更稳定.在深入分析碳纳米管内碳键结构的基础上,进一步探讨了各种碳管的碳键从sp2向sp3转变的情况,利用键重构对碳管的热稳定性给出了理论解释;通过平均能量和温度的关系曲线分析,研究碳管热稳定性的变化.     

碳纳米管弹性模量的分子力学分析

采用MM 力场的分子力学方法,计算了碳纳米管轴向拉伸的应力-应变曲线,得到了碳管的弹性模量。最后,将碳管弹性模量的计算值与实验值进行了比较,以验证模拟结果的有效性。研究表明,本文的方法不仅计算精度高,而且计算效率也高出分子动力学方法近百倍。     

单壁碳纳米管的结构与稳定性

基于价键电荷模型计算了碳纳米管的结合能随管径和手性角的关系．结果表明,单壁碳纳米管的结合能随着管径的增大逐渐降低,也随着手性角的增大而降低．计算结果为从能量的角度理解各类碳纳米管产生丰度提供了理论参考。     

用浮动催化裂解法制取单壁碳纳米管

为寻找一种可以批量制备高质量、高产率单壁碳纳米管的方法 ,对浮动催化裂解碳氢化合物法制取单壁碳纳米管进行了研究。实验采用苯为碳源 ,二茂铁为催化剂 ,氢气为载气 ,噻吩为添加剂。采用扫描电镜、透射电镜、高分辨透射电镜以及拉曼谱等方法对产物进行检测与评估 ,分析了参数对产物的影响。结果表明 ,裂解温度越高 ,越有利于单壁碳纳米管的生长 ;发现通过碳源和直接通入反应室的 H2 流量比为 1:2时 ,较利于单壁碳纳米管的生长。浮动催化裂解法制备出来的单壁碳纳米管直径约为 1nm,直径分布较均匀 ,并且可以半连续、低成本地生产     

单壁碳纳米管的光化学活性研究

本文采用间歇式超声法制得能够在水体中稳定分散的单壁碳纳米管,考察了单壁碳纳米管在模拟太阳光照下产生活性氧的能力.分别以呋喃醇和对氯苯甲酸为探针,发现在模拟太阳光下单壁碳纳米管能够产生单线态氧和羟基自由基,其产生单线态氧的能力与自身浓度成正比,是相同浓度SRFA的1/9~1/5,单壁碳纳米管产生羟基自由基的能力与自身浓度成反比,是相同浓度SRFA的2/5~1/2.     

形变小直径扶手椅型碳纳米管的电子性质

在紧束缚近似下,解析地推导了轴向拉伸和扭转形变下小直径单壁碳纳米管(SWNT)的能量色散关系.分析了拉伸和扭转形变对小直径扶手椅型SWNT的电子性质的影响.结果表明,在拉伸形变下扶手椅型SWNT仍然是导体,但其费米速度随拉伸比的变大而变大;在拉伸比不变的情况下,考虑曲率效应后其费米速度变大.在扭转形变下,扶手椅型SWNT变成了半导体,其能隙随扭转度的变大而变大;在扭转度不变的情况下,考虑曲率效应后能隙变化不大.     

高纯度单壁碳纳米管的制备与表征

采用Co/Mo二元金属催化剂,以甲烷为碳源,通过热化学气相沉积法制备出高质量的单壁碳纳米管.分别用FE-SEM、HR-TEM和Ram an光谱对产物进行了表征.通过控制沉积条件,研究了沉积温度、碳源流量和氢气预还原对产物的影响,确定了最佳的制备工艺参数.     

Direct growth of single-walled carbon nanotubes on substrates

As one of the most promising candidate material for next generation electronic devices, the reliable and controllable synthesis of high quality single-walled carbon nanotubes (SWNTs) has long been an essential and important issue in the field. Direct growth of SWNTs on flat substrates by chemical vapor deposition (CVD) process is the best way to obtain SWNTs because it is immediately ready for building nano-devices. The orientation of the SWNTs has been well controlled by gas flow or substrate lattice during the CVD growth process. The chirality and structure control of SWNTs is still a big challenge. However, the conductivity selective growth has already partially succeeded. New catalysts have been explored to obtain SWNTs of higher quality. Along with the further progress in the study of the SWNT growth, the precise control over the orientation, position and conductivity of SWNTs is expected to meet the requirements of carbon-based nanoelectronics.     

小口径单壁碳纳米管的最低光学声子模

扶手型及锯齿形单壁碳纳米管的最低光学声子模并不一定是E_2g或E₂模.对于轴向晶格常数比横截面周长大的单壁碳纳米管来说,其最低光学声子模是垂直于其轴向方向振动的一种驻波.通过基于经验势函数的模拟计算,确定这种光学声子模的能量是正比于碳纳米半径的.     

原子空位缺陷对扶手椅形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条件下的承载性能.模拟结果表明,温度越低、碳纳米管的长度越长,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.     

Different effects of substrates on the morphologies of single-walled carbon nanotubes

In this work, different effects of substrates on the morphologies of single-walled carbon nanotubes （SWNTs） are studied. SWNTs were produced by floating catalytic chemical vapor deposition using CH4 as carbon source gas and Ar as carrier gas. Then the SWNTs were deposited on lithography-patterned different substrates. The as-grown SWNTs at the boundaries between SiO2 and metal were characterized by scanning electron microscopy, atomic force spectroscopy and Raman spectroscopy. It is found that SWNTs deposited on low-conductivity substrates trend to have curved morphologies and some of them form rings, while SWNTs deposited on metal sub- strates remain straight and orientated. The mechanism of these effects was also discussed, which is closely related to the thermal conductivities and the principle of energy dissipation.     

悬臂输流单层碳纳米管的颤振失稳分析

基于非局部弹性理论及欧拉-伯努利梁模型,并考虑了碳纳米管材料的黏弹性以及小尺度效应,应用哈密顿原理建立了悬臂输流单层碳纳米管(SWCNT)的振动方程以及边界条件,借助微分变换法(DTM)对此高阶偏微分方程进行求解,通过数值计算研究了管内流体流速、小尺度参数、质量参数和黏弹性参数对悬臂输流单层碳纳米管动力学行为的影响。结果表明,小尺度参数的增加将会降低悬臂输流系统的稳定性,使系统更为柔软;悬臂输流系统颤振失稳临界流速的大小是由管道自流体中的吸入能、管道系统储存的弹性能以及管道黏弹性特性的振动耗散能三者共同决定的。