本文關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)帶電粒子與納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)相互作用尾流效應(yīng)和溝道過(guò)程的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：納米結(jié)構(gòu)的材料具有獨(dú)特的電學(xué)、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、光學(xué)特性,直接涉及到電子、計(jì)算機(jī)、通訊、生物醫(yī)藥、能源、環(huán)境等諸多領(lǐng)域,是現(xiàn)代材料學(xué)和物理學(xué)的前沿課題。特別是,研究運(yùn)動(dòng)帶電粒子與納米結(jié)構(gòu)的物質(zhì)相互作用過(guò)程,可以有效促進(jìn)離子束表面改性、離子束注入、納米器件的沉積與制備等技術(shù)的發(fā)展。例如,碳納米管優(yōu)異的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和電學(xué)性質(zhì),不斷吸引人們采用碳納米管輸運(yùn)帶電粒子束,實(shí)現(xiàn)納米量級(jí)的粒子束控制技術(shù)和場(chǎng)發(fā)射技術(shù)。其次,由于金屬納米制造技術(shù)在設(shè)計(jì)和應(yīng)用上的快速發(fā)展,促使研究者們探索由運(yùn)動(dòng)離子引起的納米結(jié)構(gòu)金屬的激發(fā)現(xiàn)象。另外,在納米尺度內(nèi)研究帶電粒子與粗糙的金屬表面相互作用引起的尾流效應(yīng),可以從能量分布角度進(jìn)行定量的測(cè)量和分析,從而獲得金屬物質(zhì)的詳細(xì)信息。由于外來(lái)離子的入射,金屬表面或體內(nèi)電子容易受激發(fā),產(chǎn)生感應(yīng)電荷密度和空間感應(yīng)電勢(shì)的尾流效應(yīng),進(jìn)而對(duì)入射離子產(chǎn)生橫向阻止力及縱向鏡像力等,影響入射離子的運(yùn)動(dòng)。因此,金屬材料表面及體內(nèi)電子的激發(fā)尾流效應(yīng)與入射離子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程密切相關(guān)。本文模擬計(jì)算了攜能為keV-MeV的帶電粒子在碳納米管內(nèi)的溝道過(guò)程,并研究了帶電粒子與納米結(jié)構(gòu)的金屬板和納米級(jí)粗糙的金屬表面相互作用引起的尾流效應(yīng)。具體章節(jié)安排如下：在第二章中,首先介紹了與碳納米管能帶特點(diǎn)和具體幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)的理論模型：采用半經(jīng)典的動(dòng)力學(xué)模型和線(xiàn)性介電響應(yīng)理論相結(jié)合的方法,研究了具有不同能帶結(jié)構(gòu)的單壁碳納米管(SWCNT)管壁電子的極化效應(yīng)對(duì)帶電離子的影響；當(dāng)運(yùn)動(dòng)離子足夠接近管壁碳原子時(shí),利用分子動(dòng)力學(xué)方法(MD)模擬帶電離子與碳原子之間的多體相互作用。其中采用REBO勢(shì)描述原子之間的相互作用勢(shì),其沿納米管半徑方向呈先吸引后排斥作用。在極化引力勢(shì)和近距離的REBO勢(shì)共同作用下,結(jié)果表明,運(yùn)動(dòng)離子在碳納米管內(nèi)被管壁連續(xù)反射：當(dāng)處于總勢(shì)能勢(shì)阱位置附近時(shí),運(yùn)動(dòng)離子呈小角度反射的螺旋狀前進(jìn)；遠(yuǎn)離勢(shì)阱時(shí),以大角度的反射前進(jìn),并很有可能穿透管壁運(yùn)動(dòng)出去。此溝道過(guò)程與運(yùn)動(dòng)離子的初始條件相關(guān)。此外,通過(guò)計(jì)算運(yùn)動(dòng)離子的能量損失,估算能量為56.25keV的入射氫離子最遠(yuǎn)可以穿過(guò)長(zhǎng)度約為10μm的SWCNT.以上這些結(jié)論,為碳納米管粒子束技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)提供了一定的理論依據(jù)。最后,本章還比較了入射離子分別對(duì)單、雙壁碳納米管(2WCNTs)管壁電子尾流效應(yīng)的影響,發(fā)現(xiàn)2WCNTs和具有相同外壁半徑SWCNT相比,由于內(nèi)壁的存在使外壁的尾流效應(yīng)更加明顯。在第三章中,利用量子流體動(dòng)力學(xué)(QHD)模型,研究了帶電粒子在納米結(jié)構(gòu)的金屬板內(nèi)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的尾流效應(yīng)。QHD模型中,電子氣擾動(dòng)的量子效應(yīng)表現(xiàn)在同時(shí)考慮壓強(qiáng)項(xiàng)和Bohm量子勢(shì)對(duì)感應(yīng)電荷密度的梯度修正,因此感應(yīng)電荷密度方程變得相對(duì)復(fù)雜。為了得到感應(yīng)電荷密度和感應(yīng)電勢(shì),本章引入了符合物理意義的兩組邊界條件——Bohm量子勢(shì)或者Bohm力的垂直分量在邊界處為零。結(jié)果表明,不同邊界條件的選擇只影響帶電離子較遠(yuǎn)位置處的尾流電勢(shì)。此外,通過(guò)比較QHD模型和經(jīng)典流體動(dòng)力學(xué)(SHD)模型,發(fā)現(xiàn)在入射離子附近和遠(yuǎn)離入射離子的位置處觀(guān)察,兩種模型得到的尾流電勢(shì)區(qū)別較明顯,這是由于SHD模型中電子的量子效應(yīng)只體現(xiàn)在Thomas-Fermi壓強(qiáng)項(xiàng)上,而QHD模型還考慮了Bohm量子勢(shì)的影響。并且,對(duì)于越薄的金屬板,或者入射離子的速度越接近金屬板集體激發(fā)時(shí)的臨界速度,尾流電勢(shì)的區(qū)別越容易觀(guān)察到。最后,和局域流體動(dòng)力學(xué)(LHD)模型相比,由于QHD模型和SHD模型考慮了電子的量子效應(yīng),尾流電勢(shì)和阻止本領(lǐng)的值明顯被降低。以上結(jié)果,特別是不同邊界條件的選擇,對(duì)于研究入射粒子與金屬板等相關(guān)納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)相互作用引起的非局域效應(yīng),具有一定的參考價(jià)值。在第四章中,應(yīng)用格林函數(shù)結(jié)合微擾理論的方法描述納米級(jí)粗糙金屬表面的介電響應(yīng)形式,研究了不同粗糙程度的表面對(duì)單離子或雙離子入射時(shí)尾流效應(yīng)的影響。粗糙程度在納米量級(jí)的金屬表面用隨機(jī)理論表示。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)單個(gè)離子入射到金屬表面上時(shí),粗糙表面加強(qiáng)了金屬的尾流效應(yīng),使尾流電勢(shì)、入射離子的自能和阻止本領(lǐng)的值都得到不同程度地增強(qiáng)。當(dāng)兩個(gè)具有一定距離的離子同時(shí)入射到金屬表面上時(shí),粗糙的表面對(duì)離子之間的屏蔽相互作用能影響較小,而對(duì)能量損失的比值影響較大,使能量損失的比值隨離子之間距離的增加出現(xiàn)明顯振蕩。
【關(guān)鍵詞】：碳納米管 納米結(jié)構(gòu)金屬板 納米級(jí)粗糙金屬表面 尾流效應(yīng) 溝道過(guò)程 量子流體動(dòng)力學(xué)模型
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 目錄9-11
• TABLE OF CONTENTS11-13
• 圖目錄13-17
• 表目錄17-18
• 主要符號(hào)表18-20
• 1 緒論20-36
• 1.1 納米結(jié)構(gòu)材料介紹20-25
• 1.1.1 碳納米管20-23
• 1.1.2 石墨烯23-24
• 1.1.3 納米結(jié)構(gòu)金屬板和納米級(jí)粗糙金屬表面24-25
• 1.2 運(yùn)動(dòng)帶電粒子與納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)相互作用研究進(jìn)展25-34
• 1.2.1 單電子激發(fā)和集體激發(fā)25-26
• 1.2.2 尾流效應(yīng)和阻止本領(lǐng)26-27
• 1.2.3 運(yùn)動(dòng)帶電粒子與碳納米管相互作用研究現(xiàn)狀27-32
• 1.2.4 運(yùn)動(dòng)帶電粒子和納米結(jié)構(gòu)金屬板相互作用32-33
• 1.2.5 運(yùn)動(dòng)帶電粒子和粗糙金屬表面相互作用33-34
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容與安排34-36
• 2 中能入射帶電粒子在碳納米管內(nèi)溝道過(guò)程研究36-62
• 2.1 引言36-37
• 2.2 模型描述及公式推導(dǎo)37-44
• 2.2.1 單壁碳納米管半經(jīng)典動(dòng)力學(xué)模型37-40
• 2.2.2 雙壁碳納米管半經(jīng)典動(dòng)力學(xué)模型40-41
• 2.2.3 基于REBO勢(shì)的分子動(dòng)力學(xué)模型41-44
• 2.3 數(shù)值模擬結(jié)果與討論44-60
• 2.3.1 帶電粒子在單壁碳納米管內(nèi)溝道過(guò)程44-56
• 2.3.2 帶電粒子在單壁和雙壁碳納米管內(nèi)尾流效應(yīng)研究56-60
• 2.4 本章小結(jié)60-62
• 3 運(yùn)動(dòng)帶電粒子和納米結(jié)構(gòu)金屬板相互作用尾流效應(yīng)研究：基于量子流體動(dòng)力學(xué)模型62-85
• 3.1 引言62-63
• 3.2 理論模型及推導(dǎo)63-72
• 3.2.1 QHD、SHD、局域響應(yīng)流體動(dòng)力學(xué)(LHD)模型推導(dǎo)63-66
• 3.2.2 QHD模型中感應(yīng)電荷密度和感應(yīng)電勢(shì)66-68
• 3.2.3 邊界條件68-72
• 3.2.4 阻止本領(lǐng)72
• 3.3 模擬結(jié)果和討論72-84
• 3.4 本章小結(jié)84-85
• 4 運(yùn)動(dòng)帶電粒子和納米級(jí)粗糙金屬表面相互作用85-101
• 4.1 引言85-86
• 4.2 理論模型描述86-90
• 4.3 模擬結(jié)果及討論90-100
• 4.3.1 單離子入射時(shí)納米級(jí)粗糙金屬表面對(duì)尾流效應(yīng)影響90-95
• 4.3.2 雙離子入射時(shí)粗糙表面對(duì)屏蔽相互作用能和能量損失比值影響95-100
• 4.4 本章小結(jié)100-101
• 5 結(jié)論與展望101-103
• 5.1 主要結(jié)論101-102
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)摘要102
• 5.3 展望102-103
• 參考文獻(xiàn)103-113
• 附錄A 金屬板內(nèi)感應(yīng)電勢(shì)特殊解求解過(guò)程113-115
• 附錄B 粗糙表面金屬感應(yīng)電勢(shì)格林函數(shù)系數(shù)求解115-116
• 攻讀博士學(xué)位期間科研項(xiàng)目及科研成果116-117
• 致謝117-119
• 作者簡(jiǎn)介119

  本文關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)帶電粒子與納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)相互作用尾流效應(yīng)和溝道過(guò)程的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：309858