文档介绍：唬浩﹔;弧!瘢痟’。。粒惶鐁‘②寸阂石油土‘学硕士学位论文産谏ィ琠嘣酱叠了石墨烯同轴电缆型纳米复合材料的分子动力学模拟研究材料科学与工程材料失效与表面改性夏丹薛庆忠教授学科专业:研究方向:作者姓名:指导教师:二。一一年四月崎..,¨治鳎琽露#撂纭駄哪。校籵/中图分类号:单位代码:学号:叻
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日强;/只盈墨日期:冢痜年∥’月夕垦出日期:耗瓿г耂关于学位论文的独创性声明日期:冢痜年聐学位论文使用授权书本人郑重声明:所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果,论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知,除文中已经加以标注和致谢外,本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含本人或他人为获得中国石油大学6或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。若有不实之处,本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名:本人完全同意中国石油大学6有权使用本学位论文ǖú幌抻谄溆∷和电子版褂梅绞桨ǖú幌抻冢罕A粞宦畚模垂娑ㄏ蚬矣泄夭棵机构送交学位论文,以学术交流为目的赠送和交换学位论文,允许学位论文被查阅、借阅和复印,将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签指导教师签名:
摘要到了碳元素的准二维材料——石墨烯,其特殊的结构,使其具有完美的量子隧道效应,超碳家族另一新奇材料——碳纳米管之势。由于碳纳米管、石墨烯等纳米材料尺度非常年,英国曼彻斯特大学物理学教授等用一种极为简单的方法剥离并观测半整数的量子霍尔效应、从不消失的电导率等一系列性质,引起了科学界巨大的兴趣。在石墨烯发现不到十年的时间内,有关石墨烯的研究已经有大量的文献报道,大有赶小,要对其性能进行表征非常困难,因此利用分子模拟技术在此类研究中具有独特的优势。本文旨在利用分子动力学模拟的方法研究碳纳米管与石墨烯,以及纳米线与石墨烯之间的相互作用,对形成碳纳米管/碳纳米卷以及纳米线/碳纳米卷同轴电缆型纳米复合材料的过程进行描述,并对其机理进行解释。首先,基于Τ〉姆肿佣ρD馓峁┝艘恢旨虻サ耐ü寄擅坠苡盏单层石墨烯卷曲制备新颖的碳纳米管/碳纳米卷同轴电缆型纳米结构的方法。研究了石墨烯的长度、手性等因素对碳纳米管诱导石墨烯纳米带自卷曲过程的影响。研究表明,碳纳米管的直径对其能否诱导石墨烯纳米带自卷曲形成碳纳米管/碳纳米卷同轴电缆型的纳米结构至关重要。只有当碳纳米管的直径大于某一极限值保溆胧┠米带之间才有足够的范德华相互作用使石墨烯纳米带自卷曲形成碳纳米管/碳纳米卷同轴电缆型的纳米复合结构。模拟结果进一步表明,碳纳米管与石墨烯之间的结合能随石墨烯纳米带长度的增加而增大,且较长的石墨烯自卷曲形成类似于多壁碳纳米管状的多层碳纳米卷。在本研究中,形成的碳纳米卷的直径和手性可以通过改变碳纳米管的直径和石墨烯纳米带的手性来控制。并且我们发现,尽管石墨烯和碳纳米管二者的手性都对卷曲过程的影响很小,然而手性的改变使我们能够得到金属/半导体,金属/金属,或者半导体/半导体等类型的异质或同质结。其次,我们还研究了八种不同纳米线诱导石墨烯自卷曲形成纳米线/碳纳米卷同轴电缆型复合纳米线的过程。研究结果表明,能够诱导石墨烯自卷曲的纳米线其半径同样存‘在一个的极值。,,,,逯帜擅紫叩募薨刖段琧虯募薨径为璧募薨刖段D擅紫哂胧┲涞慕岷夏芩媸┏ざ鹊卦黾而增大,其中纳米线与石墨烯之间的结合能最小,因而导致纳米线与形成的碳纳米卷之间的层间距最大。石墨烯的宽度对纳米线与石墨烯之间的结合能影响很小,基本可以忽略。由于存在不同类型的石墨烯和不同类型的纳米线,这样能够形成多种异质的
同轴电缆型纳米结构,该纳米结构有望在诸如防腐蚀领域,光电转换领域,集成电路,传输电缆等领域得到广泛地应用。本文的模拟数据及得出的结论从微观上为同轴电缆型新材料的制备和研究提供了理论指导,通过分子动力学模拟的方法可以明显缩短研究周期,降低研究成本。为这种新型的同轴电缆型纳米复合材料更快地用于制备超级电容器、纳米二极管、储氢元件、光电转化器件、纳米驱动器等提供了可能性。关键词:分子动力学模拟,石墨烯,碳纳米管,纳米线,同轴电缆型纳米复合结构
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