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基于界带模型的碳纳米管声子谱的辛分析.pdf
第29卷第l羯 固体力学学报 Vol。29No.1
CHINESE 0F
JOURNALSOLIDMECHANICS
2008年3月 March2008
基于界带模型的碳纳米管声子谱的辛分析。
姚征… 张洪武2 王晋宝2 钟万勰2
(1大连海攀大学交通与物流工程学院,大连,116026)
(2大连壤王大学运载正程与力学攀郏工程力学蓉,工韭装备续梅分辑国家熬点实验室。大连,116023)
摘 要针对碳纳米管声子谱的数值计算方法研究,基于对偶体系和辛几何算法提出了一套全新的计算方法
纛相应的界带结构援型,通过将碳缡米管模拟成不同蛇络梅力学模登,剥魇分援缠梅力学审的振动瑗沦寒计算碳
纳米管的色教关系.理论框架包括:周期缩构豹变分骡壤、周襄结梅中波的传播分析、子络擒方法、界带理论和声予
色散笑系的基本算法.数值算例验证了理论和算法的有效性,而且也指出了针对碳纳米管的声子谱的计算,界带模
型相对予其它传统模型存在着一定的优势。
荚键词莠带模鍪,享方浚,瑗缡米管,色散分析,予结构法
每个单独的原子就像相连的承重梁单元闯的连接关
O 弓l言
来模拟石墨片,利用杆单元来模拟原子间的作用力.
碳纳米管是一种具有纳米量级直径,微米量级 于是碳纳米管的声子色散关系可以餐作为相应纳米
长度酶管状结构.研究发现碳缡米管具有众多有趣 结{鸯鹣振动特性,可以剩用结构力学方法对纳米管
的和特殊的物理特性.其中很多研究指出碳纳米管 的力学特征进行研究.然而通过计算发现,这两种模
具有非凡的电学特性——碳纳米管可以成为金属型 型都蠢不同程度的缺欠,均无法在全频壤内褥如较
也可以成为半导体型H寸】.在另一方面,碳纳米管懿 满意酌声子色散谱,基于既,本文提磁了一个全薪的
声子特性也令人关注,如一维声子子带,径向呼吸模 界带模型[1阳用予解决该问题,并构建了问题求解的
(radial acousticbe-
breathing)积摁趣声学模(twist理论等算法框架,透过数值例题的计算,验证了所提
haviors)等.因此声子特性的分析成为碳纳米管研出的模型与算法.
究工作的重要组成部分.
由于各石墨片串露闽的樱聂作震较弱,石墨在 1碳纳米管声子色散关系的数值计算方法
基础平面内的色散关系可以作为分析一个单独石墨
片的2D色散关系的较好首次近似“].利用这个假 碳纳米管的声子色散关系的数值计算方法熏要
定,碳纳米管的声予色敖关系可以利用2D石墨冀 可以分为两类。第一类方法基于Brillouin区折叠法
(zone
的色散关系通过Brillouin区折叠法(zonefolding) folding),生要是利用已有石墨片的色散荚系
得到[4-6].到目前,一然相应的计算方法被国内外学来计算碳纳米管的声子色散关系。在Brillouin隧折
者所采用,矮子计算碳绣米警瓣声子色散关系,铡 叠近经方法下,霹以逶过紧寒缚tightbinding)分
如:Brillouin区折叠法,对称力常数模型“一一】,紧束子动力学方法或者力常数(forceconstant,也有文
force
缚法[8’9]和abinitio方法[10’113等等. 献称之为价力场模型:valencefield)模型来
K等H站在2003年提出了一个结搦力学的近錾势算。摄然BrillouinIX折叠法麓单l}莛屐可疆方便戆
模型
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