硅纳米管的热稳定性与拉伸力学性能分析-材料加工工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 南昌航空大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，是我个人在导师指导下， 在南昌航空大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。 尽我所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究 成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作 了明确地说明并表示了谢意。本声明的法律结果将完全由本人承担。 签名： 日期： 南昌航空大学硕士学位论文使用授权书 本论文的研究成果归南昌航空大学所有，本论文的研究内容不得 以其它单位的名义发表。本人完全了解南昌航空大学关于保存、使用 学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电 子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学，可以采用 影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内 容。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学 位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权书） 签名： 导师签名： 日期： 摘要 由于硅纳米管与硅微电子工业相兼容，其在纳米器件领域内有着广泛的应用 前景，特别是枝节硅纳米管，它特殊的结构能够在纳米器件中实现更多更复杂的 功能，所以在其发挥重要潜力之前，需要对其各项性能进行系统的研究。本文采 用 Tersoff 势的分子动力学方法，对 sp2 杂化结构的硅纳米管（SiNTs）及枝节硅 纳米管（BSiNTs）与 sp3 杂化结构的硅纳米管（SiNPs）、枝节硅纳米管（BSiNPs） 及硅纳米线（SiNWs）进行了热稳定性和拉伸力学性能分析。为了对比，本文对 相应的碳纳米管（CNTs）及块状硅进行了热稳定性和拉伸力学性能分析，研究 结果包括如下几个方面。 （1）对 SiNTs 及 BSiNTs 进行了热稳定性分析。首先，本文对管径都为 3.2nm 的（15，15）SiNTs、（24，4）SiNTs、（26，0）SiNTs 进行了热稳定性分析，研 究发现，三种 SiNTs 的热稳定性与手性无关。其次，本文对管径不同的（9，9） SiNTs、（12，12）SiNTs、（15，15）SiNTs 进行了热稳定性分析，研究发现，三 种 SiNTs 的热稳定性与管径有关，管径越大，热稳定性越好；最后，本文对（15， 15）SiNTs 与（15，15）BSiNTs 进行了热稳定性分析，研究发现，（15，15）BSiNTs 的枝节对它的热稳定性影响不大；同时，在加热过程中，所有的 SiNTs 与 BSiNTs 的结构都会向非晶体结构转变，这与相同结构碳纳米管的热稳定性有所不同。 （2）对管径为 3.2nm 的 SiNPs、BSiNPs 及 SiNWs 进行了热稳定性分析。研 究发现，SiNPs、BSiNPs 的热稳定性不如 SiNWs，同时，在加热过程中，SiNPs、 BSiNPs 的结构都会向非晶体转变，SiNWs 的部分结构也会向非晶体结构转变， 但在其熔化裂解之前，SiNWs 大部分结构没有发生改变。这与相同结构块状硅 的热稳定性有所不同。 （3）对 SiNTs 及 BSiNTs 进行了拉伸力学性能分析。首先，本文对管径都 为 3.2nm 的（15，15）SiNTs、（24，4）SiNTs、（26，0）SiNTs 进行了拉伸力学 性能分析，研究发现，三种 SiNTs 的抗拉强度及杨氏模量都很相近；其次，本文 对（15，15）SiNTs 及（15，15）BSiNTs 的拉伸力学性能进行了分析，研究发 现，（15，15）SiNTs 的抗拉强度及杨氏模量大于（15，15）BSiNTs，由于其枝 节处的特殊结构，在对其进行了能量最小化时，（15，15）BSiNTs 的枝节遭到破 坏，导致其抗拉强度及杨氏模量的减小；并且本文发现，所有的 SiNTs 及 BSiNTs 在拉伸的初始阶段发生结构的转变，并且随着拉伸的进行，形成缩颈而形成原子 链，最后断裂，BSiNTs 由于枝节的破坏而导致其在枝节处断裂。这与相同结构 I 碳纳米管的拉伸力学性能有所不同。 （4）对管径为 3.2nm 的 SiNPs、BSiNPs 及 SiNWs 进行了拉伸力学性能分析。 研究发现，SiNPs、BSiNPs、SiNWs 在初始拉伸过程中都会有一个弹性变形阶段， 当各自的应变达到一定值时，SiNPs、BSiNPs 结构发生变化，SiNWs 少部分结构 也发生变化，但大部分结构没有发生变化，模拟结果得出：SiNWs 的抗拉强度 及杨氏模量大于 SiNPs，而 SiNPs 的抗拉强度及杨氏模量大于 BSiNPs，而且在 拉伸过程中，都会产生缩颈而形成原子链，最后断裂，BSiNPs 在枝节处易产生 应力集中而断裂。这与相同结构块状硅的拉伸力学性能稍有差别。