發(fā)布時間：2020-05-11 09:23

【摘要】：大直徑單壁碳納米管受到外壓和彎曲時會發(fā)生不同程度的坍塌,本文提出將單壁碳納米管作為儲氦容器,通過調(diào)節(jié)儲氦率將實現(xiàn)碳納米管坍塌構(gòu)形的控制。本文針對儲氦大直徑單壁碳納米管坍塌機理、坍塌過程、坍塌臨界狀態(tài)等行為與儲氦率的關(guān)系,進行了分子動力學(xué)及理論模型研究。建立了單壁碳納米管內(nèi)儲氦理論模型,包括單壁碳納米管在連續(xù)薄殼假設(shè)下的連續(xù)介質(zhì)模型、采用最密堆疊假設(shè)的氦原子模型和碳納米管與氦原子相互作用模型。理論模型與分子動力學(xué)模擬結(jié)果一致,可以有效的得到儲氦單壁碳納米管半徑變化、氦原子平均間距、碳納米管與氦原子間距等構(gòu)形參數(shù)與氦原子個數(shù)的關(guān)系。定義了描述單壁碳納米管內(nèi)氦原子個數(shù)的儲氦率,預(yù)報了管壁張力,在理論模型的基礎(chǔ)上,給出了單壁碳納米管發(fā)生破壞的儲氦極限。采用分子動力學(xué)模擬得到了單壁碳納米管坍塌的全過程,研究了坍塌行為與勢能之間的關(guān)系,得到了單壁碳納米管坍塌穩(wěn)態(tài)隨著半徑的分布。在此基礎(chǔ)上向單壁碳納米管內(nèi)儲氦,得到了不同儲氦率下單壁碳納米管坍塌構(gòu)形,對單壁碳納米管坍塌的最終構(gòu)形進行了區(qū)分,分別為啞鈴型和花生型,定義了啞鈴型向花生型轉(zhuǎn)變的臨界儲氦率和抑制碳納米管坍塌的最小儲氦率�？紤]單壁碳納米管與氦原子團簇之間的范德華能作用,建立了單壁碳納米管儲氦抑制坍塌行為的理論模型,從而得到儲氦抑制碳納米管坍塌的判據(jù),實現(xiàn)了對于抑制碳納米管坍塌的最小儲氦率的初步預(yù)報。為評價不同儲氦率下圓截面單壁碳納米管和坍塌單壁碳納米管的力學(xué)性能,設(shè)計了兩種工況分別對圓截面形式碳納米管和坍塌構(gòu)形碳納米管進行了位移載荷分析和Mises應(yīng)力分析,得到了不同儲氦率下碳納米管的力學(xué)響應(yīng)和破壞過程。對于坍塌碳納米管的力學(xué)性能分析中,定義等效剛度比較了不同坍塌構(gòu)形碳納米管的抗彎性能。儲氦對于這兩種碳納米管均有增強作用,然而其增強機理不同。此外,探討了溫度對碳納米管的行為控制,對碳納米管的熱泳行為的規(guī)律進行了研究。通過儲氦實現(xiàn)了對大直徑單壁碳納米管坍塌的調(diào)控,大直徑坍塌單壁碳納米管隨著儲氦率的增大,構(gòu)形發(fā)生轉(zhuǎn)變,抗彎性能得到增強。向單壁碳納米管內(nèi)儲氦抑制坍塌,這給予大直徑碳納米管的材料制備和理論研究提供了新的思路,具有廣闊的應(yīng)用前景。
【圖文】：

極好的力學(xué)及電學(xué)性能，在不同的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。碳納米管是富勒烯結(jié)構(gòu)族成員（圖1-1），直徑在零點幾納米到幾十納米之間，長度從幾十納米到微米級，甚至長達(dá)毫米級[2]，，多層碳納米管的相鄰兩層間距約為 0.34nm。石墨烯與碳納米管作為納米材料，在超輕材料應(yīng)用領(lǐng)域一直是研究熱點[38]-[42]。碳納米管可看作是由一層或多層石墨烯卷曲而成，根據(jù)卷曲角度的不同，可以按手性分為扶手椅型、鋸齒型和螺旋型（圖 1-2）。碳納米管根據(jù)層數(shù)可將分為單壁碳納米管（single-walled carbon nanotubes，SWCNTs）及多壁碳納米管（multi-walledcarbon nanotubes, MWCNTs），如圖 1-3 所示。圖 1-1 碳的同素異形體

碳納米管的手性
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ127.11;TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 Zhi-De Han;Cui-Cui Ling;Qi-Kai Guo;Hai-Peng Lu;Hong-Guang Sui;Jiao-Jian Yin;Long-Jiang Deng;;Influence of filling atoms on radial collapse and elasticity of carbon nanotubes under hydrostatic pressure[J];Science Bulletin;2015年17期

本文編號：2658241