基于非局部弹性理论的碳纳米管振动特性研究

基于非局部弹性理论,建立了碳纳米管壳体模型的应力应变关系.根据基本方程和平衡条件,分别给出了单壁和多壁碳纳米管动力学控制微分方程;通过对动力学方程求解,获得了碳纳米管振动的固有频率.研究结果表明:随着振动模式的增加,碳纳米管的振动基频都会增大;而随着碳纳米管的长度或直径的增大,碳纳米管的振动基频都会降低.     

基于非局部高阶剪切梁理论的碳纳米管弯曲波研究

本文提出了一种适用于圆截面纳米梁的非局部高阶剪切梁理论模型,相比Timoshenko梁,该模型不仅考虑了横截面剪切变形的影响,而且满足圆周上剪应力为零的条件,同时又不需要引入剪切修正系数的概念.将此模型用于单壁和多壁碳纳米管在自由空间及弹性介质中弯曲波的研究,采用双参数Pasternak基来模拟弹性介质.建立了碳纳米管的波动控制方程,推导了单壁和多壁碳纳米管中弯曲波的色散关系.与分子动力学结果对比,表明本文提出的非局部高阶剪切梁理论模型能够有效准确地表征碳纳米管的波动特性.     

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。     

碳纳米管中晶格波的研究

文章采用量子效应修正的库仑屏蔽势,研究了一维无限长(单壁或多壁)碳纳米管中的晶格波,给出了它们的色散关系。结果发现纵波具有声学波性质,横波具有高频光学波性质,并且其色散关系受外界约束的影响较大,当约束不太强时,纵波与横波是耦合的,当约束较强时,纵波与横波之间会出现能隙,能隙的大小与约束强度成正比。文中分析了系统稳定性,研究表明在特定的屏蔽参数区间系统会出现不稳定性,进而发生相变而融化,而在系统稳定的屏蔽参数区间,晶格波的色散关系依赖于屏蔽参数的大小。     

扭转弹簧约束下简支碳纳米管的振动特性

针对两端扭转弹簧约束下简支单层碳纳米管(SWCNT),将非局部弹性理论引入经典欧拉-伯努利梁模型,应用哈密顿原理建立了其振动控制方程以及边界条件,并依靠微分变换法(DTM法)对此高阶偏微分方程进行求解。数值计算研究了扭转弹簧弹性系数、碳纳米管小尺度效应和黏弹性性质对该系统前四阶无量纲固有频率的影响。结论表明小尺度参数、管道黏弹性阻尼参数的增加将会降低系统的各阶固有频率,而且上述两类变化情况均是高阶模态的变化显著于低阶模态;而扭转约束弹性刚度的增加则会提升纳米管的固有频率,并且这一提升效果低阶模态显著于高阶模态。     

弹性波在非均匀介质中传播的波幅研究

对弹性波在非均匀介质中传播时的波幅进行了研究.利用积分变换,用解析方法求解了一维非均匀区域的不同性质对弹性波传播时波幅变化的影响;将非均匀区域离散成均匀的薄层,结合相邻层的连续条件,建立了数值解法的波幅传递矩阵.通过实例计算,将数值解结果与解析解结果进行比较,数值解结果具有较高精度,为工程实际中的无损检测提供了理论和计算分析依据.     

薄板中弯曲波的特性阻抗

对薄板波动方程的一般解应用边界条件得到无限大薄板中弯曲波的解。进一步得到弯矩特性阻抗和剪切力特性阻抗的表达式,并给出了阻抗的曲线图。     

基于非局部梁理论的嵌入式弯曲碳纳米管在移动载荷作用下的振动分析

基于非局部连续介质力学理论,针对嵌入式弯曲碳纳米管建立了两端简支的Euler-Bernoulli梁计算模型,研究碳纳米管在移动载荷作用下的非线性振动问题．利用Galerkin方法对运动微分方程进行近似处理,将原方程从非线性动力学系统转化到二阶动力学系统;对于二阶动力学方程采用Magnus级数方法进行求解;通过数值实验,分析了非局部参数因子,纳米管长径比,移动载荷速度,弯曲波纹幅值,弹性介质常数对碳纳米管振动特性的影响,结果表明上述因素对碳纳米管动力特性有很重要影响．     

集中荷载下碳纳米管的弯曲及其分子动力学模拟

利用圆柱壳半无矩理论研究了悬臂碳纳米管在集中荷载作用下的弯曲问题,得到了该问题的内力解和位移解,并通过分子动力学模拟验证了理论解的适用性.研究结果表明,当锯齿型碳纳米管长径比为5.2～12.0、扶手椅型碳纳米管长径比为5.5～18.0时,理论解与分子动力学模拟结果较为吻合.     

碳纳米管/聚合物复合材料层合结构的横波传播

通过多层弹性梁模型研究了碳纳米管／聚合物复合材料层合结构在高频率（1THz左右）下的横波传播,分析了碳纳米管的体积分数和手性对其传播的影响．结果表明,考虑聚合物基体为小尺寸时,除通常意义下的临界频率外,还有另一特殊频率,同时有一震荡区域存在,这一点与考虑基体为无穷大的情况有所不同．     

聚合物/碳纳米管复合材料的最新研究进展

综述了聚合物/碳纳米管复合材料的最近研究进展,介绍了聚合物/碳纳米管复合材料的制备方法以及存在的问题,特别强调了碳纳米管在聚合物基体中的分布情况对复合材料性能的影响;最后探讨了聚合物/碳纳米管复合材料进一步发展所面临的挑战。     

镓掺杂碳纳米管场发射性能的研究

采用催化热解方法制备出镓掺杂碳纳米管,并利用丝网印刷工艺将其制备成纳米管薄膜.扫描电子显微镜观察表明,纳米管直径在20~50 nm之间.对此薄膜进行低场致电子发射测试表明,其场发射性能优于同样条件下未掺杂时的碳纳米管、碳氮纳米管和硼碳氮纳米管.当外加电场为1.1 V/μm,发射电流密度为50μA/cm2;当外电场增加到2.6 V/μm时,发射电子密度达到5 000μA/cm2.对其场发射机理进行探讨.     

碳纳米管的填充及其在催化中的应用

碳纳米管是90年代发现的一种新型材料,具有独特的物理和化学性能,存在着巨大的应用前景．已成为众多领域中的研究热点。本文主要介绍了碳纳米管的填充方法及其在催化领域中的研究现状和应用前景。     

催化裂解法制备大孔径碳纳米管

Ni-Cu-Al催化剂中加入少量碳酸钠,催化裂解甲烷制备了大孔径碳纳米管,碳纳米管的产量为2.4g/g.cat。用这种方法制备的碳纳米管的内径约为20 nm~60 nm,外径约为40 nm~80nm。用扫描电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)研究了碳纳米管的形貌和微结构。分析结果表明:用这种方法制备的碳纳米管不仅内径较大而且石墨化程度较高。碳酸钠的加入引起了甲烷转化率和碳产率的轻微下降。实验结果表明:碳酸钠是一种温和的毒物,它能影响Ni-Cu-Al催化剂的催化活性,导致大孔径碳纳米管的生成。文中还讨论了大孔径碳纳米管的生长机理。     

碳纳米管生物毒理作用的研究进展

随着碳纳米管在工业制造、纳米技术和生物医学等各个领域的广泛应用,碳纳米管已经以各种不同的方式进入我们的环境和身体,因此我们对碳纳米管可能给人们带来的健康与安全性能必需要有足够的认识.本文就碳纳米管的背景知识及近年来国内外对碳纳米管的毒理作用和染毒方法的研究进行综述,为人们进一步认识和更好地应用碳纳米管提供相关依据.     

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.     

硝酸氧化法对碳纳米管进行纯化及开管研究

利用硝酸氧化法对碳纳米管进行纯化及开管,考察了温度、硝酸浓度、时间等因素对反应的影响,得到了最佳工艺条件。     

碳纳米管的振动研究进展

综述了近年来碳纳米管的振动特性的理论数值方法研究进展,着重介绍了基于经典连续体理论、分子结构力学/原子有限元以及基于原子研究的分子动力学等方法研究单、多壁碳纳米管振动特性的现状。