基于碳纳米管的金属纳米线生长机理的分子模拟研究-流体机械及工程专业论文.docx

MOLECULAR SIMULATION OF METAL NANOWIRES GROWING BASED ON CARBON NANOTUBES A dissertation submitted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF PHILOSOPHY from Shandong University of Science and Technology by Zhang Hongyun Supervisor: Professor Wang Jisen College of Mechanical and Electronic Engineering May 2007 声 明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文 献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文尚没有呈交于其它任何学术机关鉴 定。 研究生签名： 日 期： AFFIRMATION I declare that this dissertation, submitted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The document has not been submitted for qualification at any other academic institute. Signature: Data: 山东科技大学硕士学位论文目录 山东科技大学硕士学位论文 目录 PAGE PAGE 5 摘 要 纳米技术是 21 世纪的优先发展领域，纳米材料与纳米器件的发展将会对信息、医学 、 能源、环境等领域带来革命性的变化。碳纳米管以其独特的优点、广泛的应用价值和良 好的发展前景在各个领域中中引起科学家的普遍关注。纳米线具有优越的物理性能，是 构造纳米尺度元器件如激光器、传感器、场效应晶体管、发光二极管、逻辑电路、自旋 电子器件以及量子计算机等的结构单元。利用在碳纳米管中填充金属原子生成纳米线的 方法，可以使纳米线稳定、均匀的生长，从而提高金属纳米线的质量和性能。 本文选用经典分子动力学方法模拟在不同直径的碳纳米管中填充金属 Na 原子的过 程。利用最速下降法对填充进碳纳米管中的 Na 原子进行能量优化；对碳纳米管沿轴线方 向使用周期性边界条件；Na 原子的速度按 Velocity Verlet Algorithm 方法来确定；选 用 Lennard-Jones 12-6 势做为分子间作用力的势函数；系综取等温等压系综；压力为一 个大气压。 通过分别在 armchair 型碳纳米管（4，4）和（6，6）中填充 Na 原子，发现在两种 碳纳米管中均可得到 Na 纳米线。且碳纳米管的直径对纳米线的直径及结构有明显的影 响，碳纳米管（4，4）中得到的纳米线为单原子排列的直线结构，而碳纳米管（ 6，6） 中得到的纳米线则为直径较大的、带有一定螺旋性的线性结构。 关键词：碳纳米管，钠原子，纳米线，分子动力学，模拟 ABSTRACT At the prior place of science technique, the development of nano material and nano device will bring revolutionary change to the information, medicine, energy and environment. With the unique characters, widely use and good expectation, carbon nanotubes attract great deal of scientists interesting of many fields. Having superior physical characters, nanowires are the structure part of manufacting nanometer device, such as LASER, sensor, field-effect transistor, emitting LED, logical circuit, spinning electronic device and quantum computers. Using the method o