氦在单壁碳纳米管中的聚集及其学性能的影响

来源 :复旦大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangcx1987
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在核技术和核工业领域中,氦的产生和聚集对于聚变、裂变堆壁金属材料造成的损伤一直是困扰核材料使用安全的重大问题。氦的影响主要体现在由于氦的低溶解度其在材料体内极易聚集成团形成氦泡,造成材料肿胀,使之脆化,从而破坏材料的力学性能,缩短材料的使用寿命。因此,很有必要寻找新一代抗氦脆材料。自从1991年碳纳米管首次被发现以来,人们发现碳纳米管具有管状结构、小尺度、高硬度和优良的电学、力学等特性。此外,碳纳米管被认为具有高的比表面积,被预言是一种良好的吸附材料。目前人们已经成功在碳纳米管中填充了多种物质,如金属卤化物、水、稀有气体和氢气等。因此用碳纳米管来储氦引起了人们越来越多的兴趣:它可以减少氦在金属材料内的聚集,其次凭借优良的力学性能,有可能可以抵御由氦引起的材料的肿胀和脆化。本文采用分子动力学模拟,研究了氦在单壁碳纳米管(SWNT)内的吸附聚集行为,进而计算了氦对SWNT力学行为的影响。在本工作中采用Tersoff-Brenner多体势以及Lennard-Jones长程势相结合来描述碳-碳原子间的相互作用,碳-氦原子以及氦-氦原子间的相互作用则采用Lennard-Jones作用来描述。   本文首先模拟了氦原子在SWNT内的填充密度对所形成的稳定结构的影响,发现对较低的填充密度氦原子在管内优先形成圆柱状壳层,随着填充密度的增加,氦原子才在管的轴向中心线上形成一维线状的结构。基于以上的工作,我们又通过对SWNT的轴向压缩模拟研究了氦原子的填充密度对单壁碳管的力学性能的影响。发现填充氦原子并不改变碳管的杨氏模量。但存在一个临界填充密度,当填充密度小于临界密度值时,碳管弯曲屈服力(Buckling-force)与空管一致,当填充密度大于此临界值,Buckling-force随填充密度的增加而增大。这主要是由于氦原子与碳原子之间的vanderWaals(vdW)相互作用引起的。进而,本工作还研究了温度对填充碳纳米管的轴向压缩性能的影响。模拟结果表明,温度升高导致空管的Buckling-force降低。然而对于填充管,温度对Buckling-force的影响则不像对于空管那么明显。这是因为填充管内的氦原子在高温下的热运动加剧,其层状结构膨胀,氦壳层与管壁之间的空间缩小,使管壁与氦原子间表现为排斥作用,从而抵御了管壁的弯曲。本文还模拟计算了氦原子在碳纳米管阵列中的势能分布,发现势能最低点在三根碳管的间隙中间,即为氦原子在管外的稳定位置。
其他文献
本文简要介绍了从经典理论到半经典理论的场发射理论线索。通过引入基于非平衡格林函数的量子动力学,构建了新的场发射理论框架,模拟了金属场发射,不考虑库仑相互作用和考虑库仑
纳米氧化锌是带宽3.37eV的宽带半导体材料,以其优良的物理化学特性引起了人们的极大关注,在太阳能电池,传感器,光催化材料,量子器件等领域具有广泛的应用前景。由于量子尺寸
EAST(HT-7U)是中国科学院等离子体物理研究所独自建成的世界上第一个非圆截面全超导托克马克装置,用于研究受控核聚变,这种大型的实验装置牵涉的学科领域多、工程系统多。它
学位
本文着重对半导体结构在飞秒激光激发下的一些激发强度相关的非线性区域响应进行了实验研究。根据半导体能带结构的特点,针对间接带隙和直接带隙光学性质的不同,对Si基金半肖特
态度决定行为,行为决定结果,简而言之,态度决定成败.在面点教学中,无论教师还是学生,积极认真的态度尤为重要,它决定着产品的成功和质量的高低,以及个人的成长命运.
实验成功地在玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)中观测到亮孤子和暗孤子,从而有关非线性物质波的研究成为人们广泛研究的热点之一。BEC 形成以后可以用基于平均场理论的Gross-Pitaevsk
细菌视紫红质(Bacteriorhodopsin,或bR)是盐生嗜盐菌(Halobacteriumsalinarium)等细菌的跨膜蛋白质,它是一种对光具有奇异光敏特性的生物分子材料,因自身优良的光学特性在近些年引起科学家以及同行们的广泛注意并展开了深度研究,在光子学器件以及信息存储方面也有着优良的应用前景。在本论文中,我们对细菌视紫红质聚合物复合膜的光学性质作些讨论,并进行了在图像显示及光开关器
随着时代和经济的不断发展,人们对视觉传达设计的关注程度越来越高,并且对其提出了更多更高的要求,为了更好的满足相关要求工作人员需要不断的对其进行研究。本文对视觉传达
量子色动力学(QCD)现在被公认为是研究强相互作用的基础理论,根据QCD的渐进自由特性,在高能区,强相互作用体系借助于微扰论是可以计算的,对于中低能强相互作用系统,由于微扰论不再
伴随着量子信息科学技术的发展,远距离量子通信网络也随之引起人们的关注。量子中继器对于实现远距离量子通信网络来说是不可或缺的一步,光存储又是量子中继器的基础,因此光存储