搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

碳纳米管对接成异质结器件的计算模拟

焦学敬 欧阳方平 彭盛霖 李建平 段吉安 胡友旺

引用本文:
Citation:

碳纳米管对接成异质结器件的计算模拟

焦学敬, 欧阳方平, 彭盛霖, 李建平, 段吉安, 胡友旺

Formation of all carbon heterojunction: through the docking of carbon nanotubes

Jiao Xue-Jing, Ouyang Fang-Ping, Peng Sheng-Lin, Li Jian-Ping, Duan Ji-An, Hu You-Wang
PDF
导出引用
  • 基于Stone-Wales缺陷演变理论与分子动力学、Monte Carlo计算方法, 进行了碳纳米管(CNTs)对接成异质结器件的计算模拟.首先, 提出了一种模拟CNTs端帽位置变化的新算法, 并计算模拟了单根CNT的端帽从开口到闭合的过程. Stone-Wales缺陷演变被设计模拟这些端帽变化的跃变过程, 以模拟C–C键的生成与断裂, 而分子动力学则作为跃变后构型弛豫的渐变模拟. 同时, 研究了不同管型CNTs的端帽打开并对接形成异质结的过程.研究结果显示, 对接初期在对接处先产生大量的缺陷, 以促进反应的发生. 这些缺陷趋向于演变成稳定的六元环结构, 或者五元环/七元环的结构, 使异质结趋于稳定.
    Based on Stone-Wales (SW) defect evolution theory and molecular dynamics, we simulate the docking process of two caped carbon nanotubes (CNTs) of different types to form a heterojunction using Monte Carlo methods. First, an algorithm for a fast simulation of the cap change in CNTs is put forward and the cap formation of single CNTs with open ends is simulated, by applying this method. SW defect evolution is designed as a leap change simulation of these caps, represents C-C bond formation and breakage, while molecular dynamics is used to simulate the gradient change of the relative bond distance between the C atoms. The coalescence process of forming heterojunction is also studied here. These simulations show that the process of docking is first to generate a large number of defects, which will precipitate the coalescence, then many defects disappear through the compound, finally the remaining defects transfer to the ends of this heterojunction in the form of pentagon/heptagon rings, thus leading to the reduced overall energy.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 91023031, 51272291)、 湖南省自然科学基金(批准号: 11JJ4001)、 湖南省科技计划(批准号:2012RS4009)、 中国博士后科学基(批准号: 2012M511399)和表面功能结构先进制造广东普通高校重点实验室重点项目(批准号: SFS-KF201006K)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 91023031, 51272291), the Natural Science Foundation of Hunan Province of China (Grant No. 11JJ4001), the China Postdoctoral Science Foundation (Grant No. 2012M511399), Science and Technology Program of Hunan Province of China (Grant No. 2012RSJ4009) and the Foundation of Key Laboratory of Surface Functional Structure Manufacturing of Guangdong Higher Education Institutes, China (Grant No. SFS-KF201006K).
    [1]

    Iijima S, Ichihashi T 1993 Nature 363 603

    [2]

    Avouris P 2009 Phys. Today 62 34

    [3]

    Avouris P, Appenzeller J, Martel R, Wind S J 2003 Proc. IEEE 91 1772

    [4]

    Yang Z, Shi Y, Gu S L , Shen B, Zhang R, Zheng Y D 2002 Physics 31 624 (in Chinese) [杨铮, 施毅, 顾书林, 沈波, 张荣, 郑有炓 2002 物理 31 624]

    [5]

    Hernandez E, Meunier V, Smith B W, Rurali R, Terrones H, Nardelli M B, Charlier J C 2003 Nano Lett. 3 1037

    [6]

    Ohta Y, Okamoto Y, Page A J, Irle S, Morokuma K 2009 ACS Nano 3 3413

    [7]

    Zhang Q M, Wells J, Gong X, Zhang Z 2004 Phys. Rev. B 69 205413

    [8]

    Zhao Y, Yakobson B, Smalley R E 2002 Phys. Rev. Lett. 88 185501

    [9]

    Ding F, Xu Z, Yakobson B, Young R, Kinloch I, Cui S, Monthioux M 2010 Phys. Rev. B 82 041403

    [10]

    Smith B W, Monthioux M, Luzzi D E 1998 Nature 396 323

    [11]

    Neyts E C, Shibuta Y, van Duin A C T, Bogaerts A 2010 ACS Nano 4 6665

    [12]

    Ohta Y, Irle S, Morokuma K 2008 ACS Nano 2 1437

    [13]

    Narlikar A V, Fu Y Y E 2009 Oxford Handbook of Nanoscience and Technology (Oxford: Oxford Univ. Press) p68

    [14]

    Ewels C P, Heggie M I, Briddon P R 2002 Chem. Phys. Lett. 351 178

    [15]

    Burgos J C, Reyna H, Yakobson B I, Balbuena P B 2010 J. Phys. Chem. C 114 6952

    [16]

    Kim Y H, Lee I H, Chang K J, Lee S 2003 Phys. Rev. Lett. 90 065501

    [17]

    Zhao Y, Smalley R, Yakobson B I 2002 Phys. Rev. B 66 195409

    [18]

    Han S, Yoon M, Berber S, Park N, Osawa E, Ihm J, Tománek D 2004 Phys. Rev. B 70 113402

    [19]

    Ma J, Alfé D, Michaelides A, Wang E 2009 Phys. Rev. B 80 033407

    [20]

    LI F, Bai S, Zheng H, Zhou L G, Cheng H M 2001 New Carbon Mater. 16 73 (in Chinese) [李峰, 白朔, 郑宏, 周龙光, 成会明 2001 新型碳材料 16 73]

    [21]

    Li M L, Lin F, Chen Y 2013 Acta Phys. Sin. 62 016102 (in Chinese) [李明林, 林凡, 陈越 2013物理学报 62 016102]

    [22]

    Metropolis N, Rosenbluth A W, Rosenbluth M N, Teller A H 1953 J. Chem. Phys. 21 6

    [23]

    Li L X, Su J B, Wu Y, Zhu X F, Wang Z G 2012 Acta Phys. Sin. 61 036401 (in Chinese) [李论雄, 苏江滨, 吴燕, 朱贤方, 王占国 2012 物理学报 61 036401]

  • [1]

    Iijima S, Ichihashi T 1993 Nature 363 603

    [2]

    Avouris P 2009 Phys. Today 62 34

    [3]

    Avouris P, Appenzeller J, Martel R, Wind S J 2003 Proc. IEEE 91 1772

    [4]

    Yang Z, Shi Y, Gu S L , Shen B, Zhang R, Zheng Y D 2002 Physics 31 624 (in Chinese) [杨铮, 施毅, 顾书林, 沈波, 张荣, 郑有炓 2002 物理 31 624]

    [5]

    Hernandez E, Meunier V, Smith B W, Rurali R, Terrones H, Nardelli M B, Charlier J C 2003 Nano Lett. 3 1037

    [6]

    Ohta Y, Okamoto Y, Page A J, Irle S, Morokuma K 2009 ACS Nano 3 3413

    [7]

    Zhang Q M, Wells J, Gong X, Zhang Z 2004 Phys. Rev. B 69 205413

    [8]

    Zhao Y, Yakobson B, Smalley R E 2002 Phys. Rev. Lett. 88 185501

    [9]

    Ding F, Xu Z, Yakobson B, Young R, Kinloch I, Cui S, Monthioux M 2010 Phys. Rev. B 82 041403

    [10]

    Smith B W, Monthioux M, Luzzi D E 1998 Nature 396 323

    [11]

    Neyts E C, Shibuta Y, van Duin A C T, Bogaerts A 2010 ACS Nano 4 6665

    [12]

    Ohta Y, Irle S, Morokuma K 2008 ACS Nano 2 1437

    [13]

    Narlikar A V, Fu Y Y E 2009 Oxford Handbook of Nanoscience and Technology (Oxford: Oxford Univ. Press) p68

    [14]

    Ewels C P, Heggie M I, Briddon P R 2002 Chem. Phys. Lett. 351 178

    [15]

    Burgos J C, Reyna H, Yakobson B I, Balbuena P B 2010 J. Phys. Chem. C 114 6952

    [16]

    Kim Y H, Lee I H, Chang K J, Lee S 2003 Phys. Rev. Lett. 90 065501

    [17]

    Zhao Y, Smalley R, Yakobson B I 2002 Phys. Rev. B 66 195409

    [18]

    Han S, Yoon M, Berber S, Park N, Osawa E, Ihm J, Tománek D 2004 Phys. Rev. B 70 113402

    [19]

    Ma J, Alfé D, Michaelides A, Wang E 2009 Phys. Rev. B 80 033407

    [20]

    LI F, Bai S, Zheng H, Zhou L G, Cheng H M 2001 New Carbon Mater. 16 73 (in Chinese) [李峰, 白朔, 郑宏, 周龙光, 成会明 2001 新型碳材料 16 73]

    [21]

    Li M L, Lin F, Chen Y 2013 Acta Phys. Sin. 62 016102 (in Chinese) [李明林, 林凡, 陈越 2013物理学报 62 016102]

    [22]

    Metropolis N, Rosenbluth A W, Rosenbluth M N, Teller A H 1953 J. Chem. Phys. 21 6

    [23]

    Li L X, Su J B, Wu Y, Zhu X F, Wang Z G 2012 Acta Phys. Sin. 61 036401 (in Chinese) [李论雄, 苏江滨, 吴燕, 朱贤方, 王占国 2012 物理学报 61 036401]

  • [1] 杨权, 马立, 耿松超, 林旖旎, 陈涛, 孙立宁. 多壁碳纳米管与金属表面间接触行为的分子动力学模拟. 物理学报, 2021, 70(10): 106101. doi: 10.7498/aps.70.20202194
    [2] 王磊, 张冉冉, 方炜. 含缺陷碳纳米管及碳纳米豆荚静动力特性模拟研究. 物理学报, 2019, 68(16): 166101. doi: 10.7498/aps.68.20190594
    [3] 曾永辉, 江五贵, Qin Qing-Hua. 螺旋上升对自激发锯齿型双壁碳纳米管振荡行为的影响. 物理学报, 2016, 65(14): 148802. doi: 10.7498/aps.65.148802
    [4] 李阳, 宋永顺, 黎明, 周昕. 碳纳米管中水孤立子扩散现象的模拟研究. 物理学报, 2016, 65(14): 140202. doi: 10.7498/aps.65.140202
    [5] 胡帅, 高太长, 刘磊, 易红亮, 贲勋. 偏振光在非球形气溶胶中传输特性的Monte Carlo仿真. 物理学报, 2015, 64(9): 094201. doi: 10.7498/aps.64.094201
    [6] 韩典荣, 王璐, 罗成林, 朱兴凤, 戴亚飞. (n, n)-(2n, 0)碳纳米管异质结的扭转力学特性. 物理学报, 2015, 64(10): 106102. doi: 10.7498/aps.64.106102
    [7] 曹平, 罗成林, 陈贵虎, 韩典荣, 朱兴凤, 戴亚飞. 通量可控的双壁碳纳米管水分子泵. 物理学报, 2015, 64(11): 116101. doi: 10.7498/aps.64.116101
    [8] 杨成兵, 解辉, 刘朝. 锂离子进入碳纳米管端口速度的分子动力学模拟. 物理学报, 2014, 63(20): 200508. doi: 10.7498/aps.63.200508
    [9] 梁善勇, 王江安, 张峰, 吴荣华, 宗思光, 王雨虹, 王乐东. 基于舰船尾流激光雷达的Monte Carlo模型及方差消减方法研究. 物理学报, 2013, 62(1): 015205. doi: 10.7498/aps.62.015205
    [10] 赵太飞, 柯熙政. Monte Carlo方法模拟非直视紫外光散射覆盖范围. 物理学报, 2012, 61(11): 114208. doi: 10.7498/aps.61.114208
    [11] 张忠强, 丁建宁, 刘珍, Y. Xue, 程广贵, 凌智勇. 碳纳米管-聚乙烯复合材料界面力学特性分析. 物理学报, 2012, 61(12): 126202. doi: 10.7498/aps.61.126202
    [12] 张丽娟, 胡慧芳, 王志勇, 陈南庭, 谢能, 林冰冰. 含氮SW缺陷对单壁碳纳米管电子结构和光学性质的影响. 物理学报, 2011, 60(7): 077209. doi: 10.7498/aps.60.077209
    [13] 王志勇, 胡慧芳, 顾林, 王巍, 贾金凤. 含Stone-Wales缺陷zigzag型石墨烯纳米带的电学和光学性能研究. 物理学报, 2011, 60(1): 017102. doi: 10.7498/aps.60.017102
    [14] 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. 物理学报, 2010, 59(4): 2672-2678. doi: 10.7498/aps.59.2672
    [15] 孟利军, 肖化平, 唐超, 张凯旺, 钟建新. 碳纳米管-硅纳米线复合结构的形成和热稳定性. 物理学报, 2009, 58(11): 7781-7786. doi: 10.7498/aps.58.7781
    [16] 张忠强, 张洪武, 王 磊, 郑勇刚, 王晋宝. 液体水银在碳纳米管中传输的压力控制模型. 物理学报, 2008, 57(2): 1019-1024. doi: 10.7498/aps.57.1019
    [17] 辛 浩, 韩 强, 姚小虎. 单、双原子空位缺陷对扶手椅型单层碳纳米管屈曲性能的不同影响. 物理学报, 2008, 57(7): 4391-4396. doi: 10.7498/aps.57.4391
    [18] 保文星, 朱长纯. 碳纳米管热传导的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2006, 55(7): 3552-3557. doi: 10.7498/aps.55.3552
    [19] 保文星, 朱长纯, 崔万照. 基于克隆选择的混合遗传算法在碳纳米管结构优化中的研究. 物理学报, 2005, 54(11): 5281-5287. doi: 10.7498/aps.54.5281
    [20] 姚细林, 王新兵, 赖建军. 微空心阴极放电的Monte Carlo模拟研究. 物理学报, 2003, 52(6): 1450-1454. doi: 10.7498/aps.52.1450
计量
  • 文章访问数:  3788
  • PDF下载量:  533
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-09-25
  • 修回日期:  2013-01-12
  • 刊出日期:  2013-05-05

碳纳米管对接成异质结器件的计算模拟

  • 1. 中南大学物理与电子学院, 长沙 410114;
  • 2. 中南大学机电工程学院, 高性能复杂制造国家重点实验室, 长沙 410083
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 91023031, 51272291)、 湖南省自然科学基金(批准号: 11JJ4001)、 湖南省科技计划(批准号:2012RS4009)、 中国博士后科学基(批准号: 2012M511399)和表面功能结构先进制造广东普通高校重点实验室重点项目(批准号: SFS-KF201006K)资助的课题.

摘要: 基于Stone-Wales缺陷演变理论与分子动力学、Monte Carlo计算方法, 进行了碳纳米管(CNTs)对接成异质结器件的计算模拟.首先, 提出了一种模拟CNTs端帽位置变化的新算法, 并计算模拟了单根CNT的端帽从开口到闭合的过程. Stone-Wales缺陷演变被设计模拟这些端帽变化的跃变过程, 以模拟C–C键的生成与断裂, 而分子动力学则作为跃变后构型弛豫的渐变模拟. 同时, 研究了不同管型CNTs的端帽打开并对接形成异质结的过程.研究结果显示, 对接初期在对接处先产生大量的缺陷, 以促进反应的发生. 这些缺陷趋向于演变成稳定的六元环结构, 或者五元环/七元环的结构, 使异质结趋于稳定.

English Abstract

参考文献 (23)

目录

    /

    返回文章
    返回