单壁碳纳米管的拉伸变形和结构相关性

利用分子动力学方法研究了单壁碳纳米管拉伸变形行为，发现（8，8）～（22，22）单臂型碳纳米管和（9，0）～（29，0）锯齿型碳纳米管能在拉伸应变分别达到35％～38％和20％～27％的情况下仍处于弹性变形阶段，并从能量的角度解释了这一现象．分析了单壁碳纳米管管径和结构螺旋性对碳纳米管力学性质的影响．结果表明，碳纳米管的微观结构特征对其基本力学性质有着重要的影响．碳纳米管的杨氏模量在750-960GPa之间，并随着其半径的增加而减少；微观结构的影响使得锯齿形碳纳米管的模量高于单臂型碳纳米管．模拟结果显示，碳纳米管在拉伸过程中的结构变化特征不同于连续介质力学所描述的弹塑性断裂或脆性断裂．     

Fe_2O_3分子与单壁碳纳米管之间相互作用的研究

文章采用密度泛函理论(DFT),研究了一个、两个Fe2O3分子在单壁碳纳米管(9,0),(10,0)和(14,0)内部的稳定结构和电子性质,获得了随着单壁碳纳米管直径的增加,结合能逐渐增大,而带隙却减小.且由于Fe2O3分子填充单壁碳纳米管内后两者之间发生了相互作用,使得电荷从单壁碳纳米管转移到了Fe2O3分子;与放入一个Fe2O3分子的单壁碳纳米管相比,放入两个Fe2O3分子时,分子和碳纳米管结合能更大,结构更稳定.     

C_(10)H_8修饰锯齿型单壁碳纳米管电子结构研究

通过对C10H8修饰锯齿型单壁碳纳米管的第一性原理电子结构计算,获得与相关文献第一性原理计算结果相一致的管外平衡距离,并在此基础上比较了不同吸附位置和构型的电子结构。发现C10H8与锯齿型单壁碳纳米管的管外吸附对能带带隙不产生显著的影响。进一步的比较分析发现,电荷的转移主要发生在价带第1、第2峰与导带第1峰之间,而价带第2峰对构型信息较为敏感。价带第1峰反应了C10H8分子与管轴位置的信息。相关结论将有可能应用于构建基于碳纳米管的高灵敏度、多功能有机分子传感纳电子器件。     

单壁碳纳米管的分子轨道模拟研究

根据简单Hückel分子轨道理论[1],利用群论约化理论[2]以及差分方程方法[3],对(3,0)单壁碳纳米管分子,以及对其加上5种不同的端基的碳纳米管分子的轨道能级进行了计算,并计算了其平均单电子能量与前线轨道能隙[4],对其稳定性进行了分析.通过对(3,0)单壁碳纳米管模型分子的轨道能级计算与稳定性分析,期望能够为其实验应用提供一定的参考.     

碳纳米管分子动力学模拟软件的开发

用分子动力学方法研究了碳纳米管的力学性质,开发了相应的模拟软件－分子动力学模拟软件包（Molecular Dynamics Simulator,MDSIM)。计算使用的原子间相互作用模型是Brenner势和改进的嵌入原子法（EAM）多体势,分子间相互作用模型是Lennard-Jones势。MDSIM软件包含碳纳米管分子动力学模拟所需的数据生成、模拟演化、数据处理和数据查看4个模块,具有较好的可移植性和可扩展性,适合对碳纳米管、C60、金刚石和石墨等材料进行分子动力学。MDSIM软件对扶手椅结构的单壁碳纳米管进行了模拟,结果表明其杨氏模量和拉伸强度大大高于传统的材料。     

碳纳米管储氢性能及H2分子扩散现象的分子动力学研究

本文采用Brenner及LJ混合势对H2在C纳米管的吸附及H2分子在C纳米管中的扩散性质进行了分子动力学模拟. 通过模拟轨迹的分析,分别计算了C-H之间的径向分布函数、H2分子在单壁C纳米管的均方位移及通过对H2分子的均方位移的分析,计算了不同温度下的H2分子在C纳米管中的扩散系数,分析了温度对扩散系数的影响.     

H原子通过碳纳米管的分子动力学模拟

利用Brenner(#2)半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法研究了氢原子在单壁碳纳米管中的运动.对温度为10K时,初始入射动能分别为1,5,10,15,20,30eV的H原子以不同的入射角度进入碳纳米管进行模拟,观察了氢原子与碳纳米管的吸附情况及在碳纳米管中的运动,并讨论了不同入射能量和入射角度对氢原子在碳纳米管中吸附的影响.结果表明,在能量为20eV时H原子能够很好的吸附在碳纳米管管壁上.     

硫辅助填充高压Fe5C2/Fe7C3单晶相的碳纳米管研究

硫可以用作生长促进剂制备具有不同形态的碳纳米结构, 例如: Y型和海胆状结构, 单壁碳纳米管(SWCNTs), 双壁碳纳米管薄膜等. 此外, 研究表明低浓度的硫和低气体流量可实现碳纳米管中高压Fe7C3和Fe5C2相晶体的填充. 然而, 碳纳米管中高压相的填充条件以及连续垂直取向的碳纳米管薄膜的合成和形貌控制的条件尚需进一步研究. 本文采用化学气相沉积(CVD),使用硫和二茂铁的混合物作为生长促进剂和碳源, 在氩(Ar)气环境中将Si/SiO2基底作为局部生长区域, 实现了在碳纳米管内填充碳化铁相, 并通过对所得碳结构进行详细表征, 揭示填充的碳化物相(Fe5C2和Fe7C3)之间可能存在结合, 这些结果在磁数据存储方面将有潜在应用.     

单壁碳纳米管吸附甲烷的计算模拟

利用巨正则系综Monte Carlo(GCMC)方法模拟甲烷在单壁碳纳米管中的吸附。采用Lennard-Jones(LJ)势能公式计算流体分子之间的势能,分别使用Lennard-Jones(LJ)势能公式和积分法计算流体分子与碳原子之间的势能。模拟中,首先将流体分子与单壁碳纳米管之间势能的两种计算方法进行比较,结果表明由这两种方法计算的势能差别很小;其次模拟了参数分别为(15,15)、(20,20)、(25,25)和(30,30)的单壁碳纳米管的吸附等温线;然后基于有效储存率(usable capacity ratio,UCR)分析了(15,15)、(20,20)、(25,25)和(30,30)的单壁碳纳米管的吸附能力与压强的关系,并分析了单壁碳纳米管的直径对有效储存率的影响,得到了温度为300 K,一定压强下的最佳吸附性能的单壁碳纳米管参数。     

氮掺杂单壁碳纳米管结构的第一原理计算

利用第一原理, 通过密度泛函理论计算掺杂氮原子的单壁碳纳米管几种可能的几何结构. 研究表明, 含氮的锯齿型单壁碳纳米管比含氮的扶手椅型单壁碳纳米管的几何结构稳定; 在富含氮的单壁碳纳米管中, 径向形变比轴向形变明显, 并讨论了掺杂氮后碳纳米管中碳氮原子间的键合情况.      

N/C对碳氮膜修饰的多壁碳纳米管细胞相容性的影响

为改善碳纳米管的细胞相容性,通过离子束辅助沉积方法在由化学气相沉淀法制备的多壁碳纳米管表面沉积纳米厚度的碳氮膜以进行表面修饰.通过观察L929小鼠肺部成纤维细胞、EAHY926人内皮细胞和兔血红细胞在修饰前后的碳纳米管表面的黏附和生长状态可知,沉积CNx膜的多壁碳纳米管的细胞相容性优于沉积前,表现出良好的生命活性和增殖状态,同时,较高的N/C比有利于细胞在沉积CNx膜碳纳米管表面的增殖和生长以及细胞形态的伸展.     

不同N/C比纳米碳氮膜对多壁碳纳米管抗凝血性能的影响

为改善多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs)材料的抗凝血性能,采用离子束辅助沉积(ion beam assisted deposition,IBAD)技术,在MWCNTs表面沉积不同N/C比的纳米碳氮(CNx)薄膜.利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy analysis,XPS)、接触角测试、血小板黏附测试和动态凝血时间测试等方法研究了该材料结构特征、生物相容性与制备工艺参数之间的关系.SEM结果显示覆盖CNx薄膜的MWCNTs的表面形貌更加平整.XPS结果表明:沉积CNx薄膜的MWCNTs中,N/C比分别为0.20、0.21和0.27,其中N和C两元素之间以sp2和sp3两种杂化方式结合.血液实验结果表明:随着亲水性的增强和N/C比率的增高,沉积CNx薄膜的MWCNTs显示出较好的抗凝血性,其血小板黏附率低,在材料表面团聚少,凝血时间长.     

微过氧化物酶-11在多壁碳纳米管修饰玻碳电极上的电化学

利用物理吸附的方法将微过氧化物酶-11（MP-11）固定在多壁碳纳米管（MCNT）修饰的玻碳电极表面。研究发现：在pH=7.12磷酸盐缓冲溶液中,修饰电极上的MP-11发生了两电子一质子准可逆的氧化还原反应,式量电位E0’为-298mV（vs Ag/AgCl）,峰电位差ΔEP为39mV。在该修饰电极上MP-11对氧气（O2）和过氧化氢（H2O2）都能进行催化还原,催化还原过程都是扩散控制的过程。而且在信噪比为3时,MP-11对H2O2的最低检出限是0.35mmol/L,表明MP-11在修饰电极上保持了自身的生物活性,该修饰电极有望在生物燃料电池和生物传感器中得到应用。     

多壁碳纳米管与氧化石墨对活性炭电化学性能影响

以石油焦制得活性炭（AC）作为超级电容器的电极材料,在此AC中分别加入5％多壁碳纳米管（MW-CNTs）或5％氧化石墨（GO）,借助氮吸附分析仪、循环伏安测试（CV）和电化学交流阻抗谱分析（EIS）,比较MW-CNTs与GO对改进AC电化学性能作用影响.实验结果显示：MWCNTs和GO的吸附等温线具有多段特征,而AC呈现含丰富中孔的微孔炭特征.CV测试显示,在低扫描速率下,加入MWCNTs和GO可使响应电流略有增加.EIS揭示加入MWCNTs和GO可提高AC电极的导电性、频率响应和快速充放电性能,同时提高AC电极的的充放电容量.倍率放电性能和1 000次循环测试也表明加入MWCNTs和GO可提高AC电极的放电容量.     

碳/碳复合材料中不同微区的基体结构

为优化碳基体结构,提高碳/碳(C/C)复合材料综合性能,针对沥青基C/C复合材料中纤维束内及纤维束间不同碳基体结构微区,利用显微Raman光谱、原位纳米力学测试、Micro-CT、扫描电镜(SEM)和压汞仪对碳基体结构进行研究。结果表明:碳基体呈片层结构沿纤维、纤维束表面取向堆积排列,在纤维、纤维束表面区域及纤维束之间碳基体中存在一定孔隙、裂纹等缺陷;纤维间基体的石墨化程度是沿着纤维表面向中心区域逐步增强,靠近纤维表面区域基体的弹性模量高于纤维间区域的弹性模量。C/C复合材料中碳基体形成过程存在渐次性和差异性,从而影响C/C复合材料综合力学性能。     

不同退化程度高寒草地土壤有机碳分布特征

在青海省三江源区选择了甘德县青珍乡高寒草甸和玛多县花石峡镇高寒草原典型样区,各划分5种不同退化程度样地(未退化、轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化),分层采集0~10,10~20和20~30 cm不同深度土层样品,分析土壤有机碳含量。结果表明:研究区内高寒草地土壤表土有机碳含量及有机碳密度均随退化程度的加剧和土层的加深呈显著下降,各退化程度间均差异极显著(P0.01)。与原生植被相比,轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化下0~30 cm土层有机碳含量在青珍样地分别平均降低了21.7%,38.8%,67.4%和79.6%,花石峡样地分别平均降低了19.4%,44.4%,67.0%和79.7%。表层土壤有机碳及有机碳密度在生态系统退化下变化剧烈,不同土层不同退化程度高寒草甸土壤有机碳含量及有机碳密度均高于高寒草原草地,估计退化下土壤有机碳密度平均下降了16 t/hm2,累积退化下表土有机碳损失可能在12 Pg以上。     

Solvothermal synthesis of crystalline carbon nitrides

A solvothermal reaction of anhydrous C3N3Cl3 and Li3N using benzene as the solvent has been carried out to prepare crystalline carbon nitrides successfully at 350 ℃ and 5-6 MPa ,X-ray diffraction (XRD) indicated that the major part of our brown sample was mainly composed of α－C3N4 and β-C3N4 with lattice parameters of a=0.65nm,c=0.47 nm for α－C3N4 and α=0.644nm,c=0.246nm for β-C3N4,which match the latest ab-initio calculations quite well,The N/C ratio in the powder is about 0.66 The Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray photoeletron spectroscopy (XPS) analyses suggested the presence of both single and double carbon-nitrogen bonds,The kinetics effect of our solvothermal reaction to prepare crystalline carbon nitrides are also discussed chiefly.     

DOPO-HQ改性碳纳米管/EP复合材料的制备及性能

采用混酸氧化多壁碳纳米管(MWCNTs),然后与含磷化合物2–(6,H–二苯并–5–氧杂–6–膦酰杂–6–苯基)–1,4–对苯二酚(DOPO-HQ)反应,对MWCNTs进行功能化修饰,并用功能化的碳纳米管(MWCNTs-P)对环氧树脂进行改性.对比了MWCNTs与MWCNTs-P对环氧树脂力学性能和阻燃性的影响,结果表明,MWCNTs与MWCNTs-P的加入均能提高环氧树脂的力学性能,MWCNTs-P改性效果更好.当MWCNTs-P添加量为0.5%时,环氧树脂的冲击强度提高了232%;SEM结果显示,加入碳纳米管使环氧树脂复合材料的韧性有一定程度的提高.MWCNTs-P的添加量为1.0%时,复合材料的拉伸性能和弯曲性能最好.极限氧指数(LOI)测试结果表明,MWCNTs-P提高了环氧树脂的阻燃性,MWCNTs-P的添加量为0.5%时,复合材料的LOI达到30.2%.     

不同预处理对多壁碳纳米管储氢性能的影响

研究了经不同预处理后多壁碳纳米管的储氢性能.结果表明:多壁碳纳米管的吸附量在0～12 MPa范围内有一个极大值,极值点的压力和吸附量与样品的种类,处理方法等密切相关;不同量不同碱金属的掺杂对多壁碳纳米管吸附的影响稍有不同;加热活化对提高多壁碳纳米管的吸附量很有效,常温下,在将近9 MPa的平衡压力下,可以达到4.48%...     

单壁碳纳米管超声裂解制备石墨烯纳米带

将单壁碳纳米管仅通过气相氧化和超声裂解两步制备出了石墨烯纳米带,采用透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)对制备出的石墨烯纳米带进行形貌和结构分析。结果表明,此方法制备的石墨烯纳米带宽度狭窄、边缘光滑,并且相比于刚性的单壁碳纳米管具有良好的柔韧性,大约为2nm的厚度也说明了石墨烯纳米带的双层结构。在气相氧化和超声裂解的过程中,拉曼光谱中D峰与G峰的比值始终保持在0.15左右,表明在整个制备过程中,并没有引入新的缺陷。此方法相比于其他方法制备出的纳米带具有结晶度高、宽度狭窄、边缘光滑等优点。