碳纳米管中弹性弯曲波的尺度特性研究

基于非局部-梯度弹性理论,本文研究了碳纳米管中弯曲波的传播特性。利用理论方法与数值方法获得了在自由空间以及嵌入在弹性介质中的单壁碳纳米管中波的色散关系,研究了在不同的波数下尺度因子与弹性介质对单壁碳纳米管中波的色散关系的影响。数值结果表明弯曲波的波速在低波数下受弹性介质影响较大,在高波数下受尺度效应影响较大。     

表面效应对碳纳米管中弯曲波波动特性的影响

基于广义梯度弹性梁理论研究表面效应对自由空间和弹性介质中碳纳米管(CNTs)波动性能的影响。碳纳米管采用同时考虑弯曲变形和剪切变形的剪切梁进行描述,弹性介质采用双参数Pasternak-type弹性基模拟。建立考虑表面效应的广义梯度弹性剪切梁控制方程,推导碳纳米管中弯曲波的色散关系式,并通过分子动力学模拟结果进行验证。探讨表面效应、尺度因子、弹性介质对碳纳米管中弯曲波相速度的影响。对于多壁碳纳米管(MWCNTs),研究波速与范德华力的相关性,讨论MWCNTs层数、表面效应、尺度因子和弹性参数对MWCNTs相速度的影响。研究结果表明:由所推导的色散关系式所得理论结果与分子动力学模拟结果较吻合,表现所推导的色散关系式理论模型能较好地表征碳纳米管弯曲特性。     

曲率效应对金属碳纳米管局域化长度的影响

基于pi轨道紧束缚模型,并考虑曲率效应的影响,解析地推导了金属（即扶手椅型）碳纳米管的局域化长度。发现,考虑曲率效应后,扶手椅型碳纳米管的局域化长度变长;还发现,曲率效应对扶手椅型碳纳米管局域化长度的影响随碳纳米管的半径的增加而迅速减小。     

曲率效应对金属碳纳米管局域化长度的影响

基于π轨道紧束缚模型,并考虑曲率效应的影响,解析地推导了金属(即扶手椅型)碳纳米管的局域化长度.发现,考虑曲率效应后,扶手椅型碳纳米管的局域化长度变长;还发现,曲率效应对扶手椅型碳纳米管局域化长度的影响随碳纳米管的半径的增加而迅速减小.     

有限元法分析栅极对CNTs场发射性能的影响

建立了栅极冷阴极结构和二极管结构的碳纳米管(CNTs)场发射阴极,利用有限元素法对发射体的场发射性能进行了模拟,进一步计算并分析了栅极、栅极电压以及栅孔半径等参数对碳纳米管尖端电场分布和场发射性能的影响.结果表明,栅极对碳管尖端的激发电场具有很强的增强作用;栅极电压越高,场增强因子越大;最佳场发射栅孔半径为碳纳米管半径的10倍;栅极使得碳纳米管的开启电压降低,发射电流密度增加.     

掺杂无机性纳米粒子的嵌段聚合物体系的场理论模拟研究

自洽场理论(SCFT)是目前国内外研究纳米粒子聚合物复合材料以及聚合物材料的重要研究理论之一,基于自洽场理论对掺杂有无机性纳米粒子的AB嵌段聚合物体系进行场理论自组装模拟。对无机性纳米粒子AB嵌段聚合物体系中的纳米粒子与AB嵌段聚合物之间的相互作用势,本文引入一个势函数u(r),然后对体系进行自洽场理论分析和计算模拟。通过对纳米粒子半径、浓度对体系平衡态影响的计算模拟研究发现:当纳米粒子浓度、半径逐步增大时,其纳米粒子表面与聚合物的分布方式从层状式分布逐步过渡到发散式分布;同时还研究发现无机性纳米粒子嵌段聚合物体系中的A、B嵌段聚合物浓度对纳米粒子的分布情况无影响。综述以上的结果验证无机性纳米粒子/嵌段聚合物体系中纳米粒子的表面效应和体积效应对体系的平衡态有很大的影响。     

奇特原子核电荷半径的理论研究进展

电荷半径是描述原子核基本性质的可观测量之一,对于奇特原子核电荷半径的精确描述是核物理实验和理论研究的前沿课题．影响原子核电荷半径大小的因素有很多,例如形变、对关联、壳闭合效应等,因此需要发展一个统一的理论模型．对于奇特原子核电荷半径的精确描述,一方面可以更深层次地揭示核子-核子有效相互作用,对理论模型参数进行约束;另一方面,可靠的电荷半径数值作为输入参量,对核天体演化研究具有重要意义．本文简要介绍关于奇特原子核电荷半径的理论研究进展,分析了不同理论模型对电荷半径的壳效应和奇偶效应的描述;结合Ca和Rb同位素链电荷半径的变化趋势,分析指出中子-质子关联和自旋-轨道相互作用在精确描述原子核电荷半径中起到了很重要的作用．      

碳纳米管膜电阻率的测定与导电机理

测定了碳纳米管膜电阻率随温度的变化,结果表明,碳纳米管膜的电阻率随温度升高呈下降趋势,表现为负的温度效应.建立了碳纳米管膜的导电模型,推导出了碳纳米管膜电阻率的计算公式,并把理论计算与实验结果进行了比较,发现理论结果与实验数据符合很好.讨论了碳纳米管膜电阻率与碳纳米管直径的关系.     

三维水翼初始梢涡空泡数的尺度效应

针对梢涡流场和初始梢涡空泡数的尺度效应问题,利用大涡模拟(LES)湍流模型对三维水翼的梢涡流场流速进行模拟计算;为减少误差,对梢涡流域网格进行了局部加密处理,对未发生空化时梢涡内的轴向速度和切向速度进行计算.结果表明,LES湍流模型的流场流速计算结果与实验值吻合较好.同时,介绍了经典初始梢涡空泡数尺度效应公式的推导过程,并利用数值计算的速度环量和涡核半径修正尺度效应公式.     

黏弹性基体中FG-CNTRCs圆柱壳热振动特性分析

建立了考虑碳纳米管（Carbon Nanotubes,CNTs）尺度效应的宏观功能梯度碳纳米管增强复合材料（Functionally Graded Carbon Nanotubes Reinforced Composites,FG-CNTRCs）圆柱壳自由振动特性的理论模型. 综合考虑CNTs的取向和尺度效应,基于Eshelby-Mori-Tanaka（EMT）方法和非局部理论建立了宏观CNTRCs的非局部EMT本构模型. 基于Kirchhoff-Love圆柱壳假设,采用Hamilton原理推导了热环境中visco-Pasternak基体中FG-CNTRCs圆柱壳的自由振动控制方程,利用Navier法得到两端简支圆柱壳的固有频率,并与文献中结果进行对比,验证了模型和方法的正确性. 分析了非局部参数、CNTs的体积分数和分布方式、圆柱壳的长厚比、环境温度以及地基参数等对简支FG-CNTRCs圆柱壳自由振动特性的影响. 研究发现,考虑CNTs的尺度效应后会降低FG-CNTRCs圆柱壳的抗弯刚度,环境温度对简支FG-X-CNTRCs圆柱壳固有频率虚部的影响随CNTs体积分数的增大而增大,且长厚比和地基的阻尼参数对虚部的影响有耦合作用.     

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。     

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。     

基于能量法的单层固支碳纳米管频率预测

以非局部弹性理论为基础,同时考虑碳纳米管小尺度效应,采用欧拉-伯努利梁模型建立有外加预应力情况下单层碳纳米管的动力学控制方程,并给出其振动频率精确解,进而基于能量法给出单层碳纳米管振动频率近似解,最后通过具体算例将其精确解与近似解进行比较。结果表明,外加预应力的大小、碳纳米管模态数以及小尺度参数均影响单层碳纳米管振动频率预测值的准确性。     

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.     

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).     

高亮度碳纳米管背光源的制备及特性研究

利用酸化及球磨工艺对碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)进行表面改性及分散处理,通过丝网印刷技术制备碳纳米管阴极并真空封装碳纳米管背光源原型器件.透射电镜(TEM)及扫描电镜(SEM)分析表明,酸化及球磨处理后的碳纳米管表面产生管壁缺陷并分散均匀,有利于改善碳纳米管场发射性能.通过器件性能测试,亮度高达到5 000 cd·m-2,稳定发射35 h,发射电流无明显衰减.     

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.     

Patterned deposition of multi-walled carbon nanotubes on self-assembled monolayers

The excellent electro-mechanical properties and chemical stability of CNTs promise a prospective ap- plications in nanotechnology. For electronic applica- tions, CNTs have been proved successful in practice in producing components such as a junction and f…     

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．     

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.