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多壁碳纳米管外壁高温蒸发的分子动力学模拟

王伟 张凯旺 孟利军 李中秋 左学云 钟建新

多壁碳纳米管外壁高温蒸发的分子动力学模拟

王伟, 张凯旺, 孟利军, 李中秋, 左学云, 钟建新
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  • 采用经典分子动力学(MD)方法,使用EDIP(environment-dependent interatomic potential)势描述C纳米管内C原子之间相互作用,对多壁C纳米管由于Stone-Wales缺陷引起外层管高温剥落蒸发现象进行了计算模拟.研究结果表明,高温下多壁C纳米管外层管Stone-Wales缺陷处C原子剧烈振动导致C—C键断裂形成悬键,并逐渐向四周扩散导致外层管剥落蒸发.利用Lindemann指数作为判据,得出多壁C纳米管外层管出现剥落蒸发的温度为2290 K左右,与Huang Jianyu等实验中观测到多壁C纳米管外层管剥落蒸发现象产生的温度2000 ℃基本一致.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10774127,10974166)、教育部科技创新工程重大项目培育资金(批准号:708068)和湖南省教育厅重点项目(批准号:09A094)资助的课题.
    [1]

    [1]Zhang Y Y,Hu J P,Bernevig B A,Wang X R,Xie X C,Liu W M 2008 Phys. Rev. B 78 155413

    [2]

    [2]Zhang Y Y,Hu J,Bernevig B A,Wang X R,Xie X C,Liu W M 2009 Phys. Rev. Lett. 102 106401

    [3]

    [3]Zheng G P,Liang J Q,Liu W M 2009 Phys. Rev. B 79 14415

    [4]

    [4]He P B,Li Z D,Pan A L,Wan Q,Zhang Q L,Wang R X,Wang Y G,Liu W M,Zou B S 2008 Phys. Rev. B 78 54420

    [5]

    [5]Begtrup G E,Ray K G,Kessler B M,Yuzvinsky T D,Garcia H,Zettl A 2007 Phys. Rev. Lett. 99 155901

    [6]

    [6]Begtrup G E,Ray K G,Kessler B M,Yuzvinsky T D,Garcia H,Zettl A 2007 Phys. Status Solidi. B 244 3960

    [7]

    [7]Muramatsu H,Hayashi T,Ahm K Y,Terrones M,Endo M 2006 Chem. Phys. Lett. 432 240

    [8]

    [8]Andrews R,Jacques D,Qian D,Dickey E C 2001 Carbon 39 1681

    [9]

    [9]Huang W,Wang Y,Luo G,Wei F 2003 Carbon 41 2585

    [10]

    ]Huang J Y,Ding F,Yakobson B I 2008 Phys. Rev. Lett. 100 35503

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    ]Huang J Y,Ding F,Jiao K,Yakobson B I 2007 Small 3 1735

    [12]

    ]Huang J Y,Chen S,Jo S H,Wang Z,Han D X,Chen G,Dresselhaus M S,Ren Z F 2005 Phys. Rev. Lett. 94 236802

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    ]Huang J Y,Ding F,Yakobson B I 2008 Phys. Rev. B 78 155436

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    ]Zhang K W,Stocks G M,Zhong J X 2007 Nanotechnology 18 285703

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    ]Ebbesen T W,Takada T 1995 Carbon 33 973

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    ]Marks N A 2000 Phys. Rev. B 63 35401

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    [29]

    ]Justo J F,Bazant M Z,Kaxiras E,Bulatov V V,Yip S 1998 Phys. Rev. B 58 2539

    [30]

    ]Lau D W M,McCulloch D G,Marks N A,Madsen N R,Rode A V 2007 Phys. Rev. B 75 233408

    [31]

    ]Powles R C,Marks N A,Lau D W M 2009 Phys. Rev. B 79 075430

    [32]

    ]Zhou Y,Karplus M,Ball K D,Berry R S 2002 J. Chem. Phys. 116 2323

    [33]

    ]Ding F,Bolton K,Rosen A 2005 Eur. Phys. J. D 34 275

    [34]

    ]Wang B L,Wang G H,Chen X S,Zhao J J 2003 Phys. Rev. B 67 193403

    [35]

    ]Ding F,Jiao K,Lin Y,Yakobson B I 2007 Nano Lett. 7 681

  • [1]

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    [2]Zhang Y Y,Hu J,Bernevig B A,Wang X R,Xie X C,Liu W M 2009 Phys. Rev. Lett. 102 106401

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    [4]He P B,Li Z D,Pan A L,Wan Q,Zhang Q L,Wang R X,Wang Y G,Liu W M,Zou B S 2008 Phys. Rev. B 78 54420

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    [5]Begtrup G E,Ray K G,Kessler B M,Yuzvinsky T D,Garcia H,Zettl A 2007 Phys. Rev. Lett. 99 155901

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    [6]Begtrup G E,Ray K G,Kessler B M,Yuzvinsky T D,Garcia H,Zettl A 2007 Phys. Status Solidi. B 244 3960

    [7]

    [7]Muramatsu H,Hayashi T,Ahm K Y,Terrones M,Endo M 2006 Chem. Phys. Lett. 432 240

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    [8]Andrews R,Jacques D,Qian D,Dickey E C 2001 Carbon 39 1681

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    ]Huang J Y,Chen S,Jo S H,Wang Z,Han D X,Chen G,Dresselhaus M S,Ren Z F 2005 Phys. Rev. Lett. 94 236802

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    ]Kowaki Y,Harada A,Shimojo F,Hoshino K 2007 J. Phys.:Condens. Mater. 19 436224

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    ]Tang C,Guo W,Chen C 2008 Phys. Rev. Lett. 100 175501

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    ]Ebbesen T W,Takada T 1995 Carbon 33 973

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    ]Meng L J,Zhang K W,Zhong J X 2007 Acta Phys. Sin. 56 1010 (in Chinese) [孟利军、张凯旺、钟建新 2007 物理学报 56 1010]

    [22]

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    [25]

    ]Vodenitcharova T,Zhang L C 2004 Phys. Rev. B 69 115410

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    ]Zhou Y,Karplus M,Ball K D,Berry R S 2002 J. Chem. Phys. 116 2323

    [33]

    ]Ding F,Bolton K,Rosen A 2005 Eur. Phys. J. D 34 275

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    ]Wang B L,Wang G H,Chen X S,Zhao J J 2003 Phys. Rev. B 67 193403

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    [17] 周国荣, 高秋明. 金属Ni纳米线凝固行为的分子动力学模拟. 物理学报, 2007, 56(3): 1499-1505. doi: 10.7498/aps.56.1499
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-07-03
  • 修回日期:  2009-07-21
  • 刊出日期:  2010-02-05

多壁碳纳米管外壁高温蒸发的分子动力学模拟

  • 1. 湘潭大学材料与光电物理学院,量子工程与微纳能源技术研究所,湘潭 411105
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 10774127,10974166)、教育部科技创新工程重大项目培育资金(批准号:708068)和湖南省教育厅重点项目(批准号:09A094)资助的课题.

摘要: 采用经典分子动力学(MD)方法,使用EDIP(environment-dependent interatomic potential)势描述C纳米管内C原子之间相互作用,对多壁C纳米管由于Stone-Wales缺陷引起外层管高温剥落蒸发现象进行了计算模拟.研究结果表明,高温下多壁C纳米管外层管Stone-Wales缺陷处C原子剧烈振动导致C—C键断裂形成悬键,并逐渐向四周扩散导致外层管剥落蒸发.利用Lindemann指数作为判据,得出多壁C纳米管外层管出现剥落蒸发的温度为2290 K左右,与Huang Jianyu等实验中观测到多壁C纳米管外层管剥落蒸发现象产生的温度2000 ℃基本一致.

English Abstract

参考文献 (35)

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