单壁碳纳米管轴向压缩变形的研究!-物理学报.PDF

第 卷 第 期 年 月 物 理 学 报 ’! %! !## %! ， ， ， F,G 1’! =, 1 %! H)I):J)* !## （ ） %###.!6#B!##B’! %! B%!#.#’ ?(? CDE7? 7=7? !!## K90 1 CKL+ 1 ,I 1 单壁碳纳米管轴向压缩变形的研究! 王 宇 王秀喜 倪向贵 吴恒安 （中国科学技术大学力学和机械工程系，合肥 !##!$ ） （中国科学院材料力学行为和设计重点实验室，合肥 !##!$ ） （ 年 月 日收到； 年 月 日收到修改稿） !## % !## ’ !# 采用()*+,--./*)00)* 势函数描述碳纳米管中碳原子间的相互作用，通过分子动力学方法对不同螺旋型的单壁碳 纳米管的轴向压缩变形行为进行了研究 研究发现单臂碳纳米管的杨氏模量低于锯齿形碳纳米管，根据微观结构 1 特征的差异对这一结果进行了分析 同时从能量和结构变化两方面对碳纳米管受压失稳进行了分析，揭示出碳纳 1 米管失稳的微观特征1 关键词：纳米管，分子动力学，杨氏模量，屈曲 ： ， ， ， !## $%2 $%’ #$#3 2$# 而在纳米尺度下物理过程数值模拟中得到广泛应 ［ — ］ %5 引 言 用%# %’ 1 本文利用分子动力学方法模拟单臂和锯齿形单 ［］ % 壁碳纳米管（ ）在轴向压缩作用下的变形过 年， 首次发现碳纳米管（ ），便立 A=( %66# 789:; =( 刻引起了关注，对其电学、力学性能的进一步研究也 程，对两种不同类型的单壁碳纳米管的力学性质进 ［— ］ 在全球范围内广泛展开 ! $ 行了比较，并且对整个过程的微观变形机理进行分 1 研究表明 碳纳米管所 表现出来独特的力学、电学性能具有良好的应用前 析，揭示其变形过程的内在行为机制1 景，可以广泛地应用于复合材料、微电子机械、微测 量器件等诸多方面1 ! 5 计算方法及计算模型 ［］ ! 实验研究表明 ，碳纳米管具有高强度、高模 分子动力学方法按照经典牛顿运动定律求出原 量、轻质等力学上的优点，但是由于其尺度小、结构 子运动轨迹及其演化过程，有助于我们在原子尺度 独特，使得精确测量其性能十分困难1 目前主要的测