拉转耦合条件下三壁纳米管的振荡行为研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangming2106
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碳纳米管(CNT)作为一种新兴起的一维管状材料,为纳机电系统(NEMS)的构建提供了潜在的应用前景。本文采用分子动力学方法探究了三壁碳纳米管(TWCNT)振荡器和CNT@CNT@MST振荡器的螺旋振荡行为,通过模拟多信号螺旋振荡器的振荡特性,为后续多信号螺旋振荡器的研制和实际开发提供关键的理论基础。主要结论如下:(1)首先建立了一种新型的TWCNT螺旋振荡器模型,探究激励加载顺序、内管长度和温度对TWCNT振荡性能的影响。研究发现,先施加拉出激励后施加旋转激励的方式其性能最佳。进一步发现管的旋转频率与内管的长度有关,内管越长管的旋转频率越小。温度的升高会导致中管旋转频率百分比(现有频率/初始旋转频率)先增加后减少。400 K时中管旋转频率百分比达到最高值,而影响内管旋转频率的关键在于初始旋转频率的大小。600 K是TWCNT螺旋振荡器的临界失效温度。(2)其次提出了一种新型的三壁碳纳米管螺旋振荡器,通过对内管施加轴向激励和中管施加旋转激励的方式,来同时获得内管和中管的螺旋信号输出。模拟结果表明,在内管拉出距离一定的情况下,内管的自激发旋转频率随着中管初始旋转激励频率的增加而增加,且最终趋于一个稍低于旋转激励的稳定值。当施加的初始旋转频率在400GHz以内时,内管达到稳定的旋转频率与旋转激励频率0的关系为=46 0.00450。尽管提高初始旋转激励频率可以提高内管的旋转频率,但随着中管初始旋转频率的增加内管的轴向性能下降,不稳定振荡加剧。同时中管轴向振荡的稳定性与施加在其上面的初始旋转激励的频率有关,过高的初始旋转频率不仅会加大非轴向摆动距离,导致轴向振荡性能下降,而且旋转损耗比也将随着初始旋转频率的增加而增加。因此,合理的控制初始旋转频率的幅值是设计低损耗三壁碳纳米管螺旋振荡器的关键。(3)最后建立了一种CNT@CNT@MST螺旋振荡器模型,研究了中管与外管间距、内管与中管间距以及初始旋转频率对振荡器振荡特性的影响。研究表明,中管与外管间距在0.4~0.5 nm时,中管能以输入的初始旋转频率开始旋转,超过这个范围时则会小于初始旋转频率。0.4495 nm的内管与中管间距是异质三壁纳米管螺旋振荡器能否正常工作的临界值,低于这个临界值,振荡器都能以三壁纳米管的形式来螺旋振荡。研究还发现,初始旋转频率在0~100 GHz时,内管与中管是以同频的形式来轴向振荡。初始旋转频率的大小不会影响两管的同频振荡,但两管的轴向振荡幅值会受到影响。施加的初始旋转频率越大,振荡的幅值在模拟过程中就会越小。
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