荷电碳纳米管结构和力学性质的研究-电子学;物理电子学专业论文.docxVIP

摘要摘 摘要 摘 要 碳纳米管自从1991年被Iijima发现以来，由于其不同寻常的结构、电子特 性和力学特性，受到广泛的研究。近些年来随着碳纳米管及纳米材料研究的深入， 碳纳米管的应用前景也不断的展现出来。 本论文采用第一性原理计算方法研究荷电碳纳米管的结构变化和相关的力 学性质。结果表明，(4，2)，(3，3)和(5，0)碳纳米管带上一定量电荷后，碳管的 形状会发生变化，长度变长，直径变大，端口呈喇叭状膨胀，且部分碳碳键会断 裂，碳原子飞离碳纳米管，不同类型荷电碳纳米管端口处的碳原子飞离端口的方 式不同。(4，2)碳管最容易发生库仑爆炸，其次是(5，0)碳管，最后是(3，3)碳管。 库仑爆炸后，(3，3)碳管和(5，O)碳管留有的电量几乎为O，这两种碳管更接近于 中性碳管，而(4，2)碳管仍然留有一小部分电量。碳碳键变长而引起碳管长度变 长最明显是(5，0)碳管，其次是(3，3)碳管，最后是(4，2)碳管，即(5，O)碳管最容 易变长，而这三种类型的碳管直径变化的程度则相反。中性的这三种碳管带上少 量负电荷后能量都有所降低，结构更为稳定。这表明碳管中碳碳键并非饱和，具 有一定的电负性。总键能随荷电量呈明显的抛物线型变化关系。荷电碳纳米管的 电荷大部分集中在碳管端口处，额外电荷对碳管的端口处的影响最为明显。(6，6) 碳管发生库仑爆炸的判据是1号位置的碳碳键键长的剧烈变长，2号位置的碳碳 键键长的由长变短。荷电(6，6)碳管线面角的最大值大于荷电(8，0)碳管上相应的 线面角的最大值，荷电(6，6)碳管比荷电(8，0)碳管端口膨胀的更为明显。额外电 荷会影响碳纳米管的弹性模量。(6，6)碳管和(8，0)碳管带少量电荷后，能量降低， 弹性模量值会单调增加，使得荷电碳管比中性碳管难于拉伸。当这两种碳管带一 定量的电荷后，外加荷电使得碳原子间的碳碳键被削弱，其弹性模量值又会单调 减小，使得荷电的碳管易于拉伸。碳管的弹性模量的变化与其能量的变化和荷电 后结构的形变有关。碳纳米管带上一定量电荷后会发生强烈的库仑排斥作用，o 键被削弱，弹性模量也会减小。 关键词：荷电碳纳米管，结构变化，弹性模量 摘要Abstract 摘要 Abstract Carbon nanotubes(CNTs)are widely studied because of its unusual structure， electronic properties and mechanical properties，since the discovery in 1 99 1．In recent years，with CNTs and nano—materials research，CNTs will have vast and promising prospect of application． In this paper,we investigated the structural changes of charged carbon nanotubes and related mechanical properties by first—principles calculation method．The results show the shape of(4，2)，(3，3)and(5，O)CNTs would be changed with a certain ．amount of charge．The length of CNTs become longer and the diameter of CNTs become larger．The port of CNTs is like a trumpet．Part of the C．C bond will be b．roken．Carbon atoms fly CNTs out．Different types of charged atoms of CNTs ：departed the port in different ways．(4，2)CNT carbon most likely to happen Coulomb explosion,followed by the(5，0)carbon tube，and finally(3，3) c。arbon tube．After coulomb explosion,(3，3)and(5，0)CNTs nearly left no charge， closed to the neutral CNTs． But(4，2)CNT still has a 1ittle of charge． Variable-length carbon-carbon caused bond