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本文利用基于TLHT和Lennard-Jones相互作用模型势的分子动力学模拟方法,较为系统地研究了富勒烯C<,60>及其衍生物内嵌稀有气体原子(He,Ne,Ar,Kr)@C<,60>富勒烯的碰撞动力学性质。研究发现无论是内嵌稀有气体原子的种类还是不同的入射能量对碰撞动力学性质都有较大的影响,主要结论如下:
第一,在单个碳原子质心动能为0.0125eV,0.025eV和0.075eV时,两个C<,60>富勒烯粒子正碰后形成一个弹靶富勒烯之间由两个碳碳键相连的"哑铃"状的双富勒烯结构;在单个碳原子质心动能为0.125eV时,形成由四个碳碳键相连的另外一种"哑铃"状的双富勒烯结构,其两端的结构与原来C<,60>富勒烯的结构基本一致。发现富勒烯C<,60>表现出很好的自组装性质。
第二,He和Ne原子由于原子作用半径相近,内嵌以后的碰撞动力学性质相近。在所模拟的四种入射能量下,碰撞后均得到一个弹靶富勒烯之间由两个碳碳键相连的"哑铃"状的双富勒烯结构。这与未内嵌时在较高碰撞能量下的碰撞动力学行为不同。
第三,Ar原子内嵌后对碰撞过程和碰撞产物结构有重要影响。不仅碰撞过程能量变化剧烈,而且Ar原子之间和富勒烯之间的相对运动存在明显耦合。在单个碳原子质心动能为0.0125eV,0.025eV时,碰撞后形成"花生"状的新型富勒烯结构。而在单个碳原子质心动能为0.075eV,0.125eV时,尽管形成了更加紧凑的"蚕茧"状结构,但不是一种稳定的结构,两个富勒烯有融合的趋势。
第四,Kr原子具有更高原子序数,原子作用半径较大,内嵌后形成的富勒烯,结构不是很稳定;即使是在单个碳原子较低质心动能0.0125eV,0.025eV时,碰撞后的两个富勒烯也是趋于融合的。
这些结果对设计和制备具有特殊结构、特殊性能、特殊用途的新材料具有探索性和基础性意义。