基于分子動力學方法研究缺陷碳納米管的屈曲性能.pdf

1、自從碳納米管被發(fā)現(xiàn)以來，由于其優(yōu)異的機械、電子、熱力學等特性，受到了學術界和工業(yè)界持續(xù)的廣泛關注。但是由于物理、化學方法制備得到的碳納米管大部分存在各種類型的缺陷，因此研究缺陷碳納米管的力學顯得尤為重要。本文采用經(jīng)典分子動力學方法，研究了具有多種缺陷的碳納米管在單軸壓縮載荷下的屈曲行為。
　　系統(tǒng)地研究了完整形態(tài)和具有空位缺陷的單壁碳納米管在單軸壓縮下其力學性能的改變，驗證了本文所采用的分子動力學方法研究碳納米管材料的可行性。同時

2、也全面地研究碳納米管手性、尺寸，以及空位缺陷的數(shù)目和位置的影響。結果表明，單壁碳納米管的楊氏模量，極限應力和應變會隨著空位缺陷的數(shù)目增加而呈現(xiàn)顯著下降。同時也被發(fā)現(xiàn)極限應力和應變的變化受到空位缺陷引入位置的影響。相對于在兩端引入缺陷的情況，在碳納米管中間部位引入空位缺陷會降低碳納米管的極限應力，使其更容易發(fā)生屈曲變形。
　　研究了完整形態(tài)和具有交聯(lián)缺陷的雙壁碳納米管在單軸壓縮載荷下其屈曲行為，尤其側重于Frenkel交聯(lián)缺陷。結果

3、表明，在雙壁碳納米管管間引入交聯(lián)缺陷會顯著的降低碳納米管的屈曲應力，而楊氏模量的減少量很小。雖然交聯(lián)缺陷的引入會造成碳納米管力學性能的降低，但是它避免了在后屈曲階段應力的急劇下降，使得其在受載荷情況下表現(xiàn)的更加穩(wěn)健。該研究結果給基于碳納米管的納米復合材料的應用提供了有益的啟示。
　　為了更進一步研究碳納米管內(nèi)外管間交聯(lián)缺陷的載荷傳導機制，進行了一系列的單軸壓縮碳納米管外管的論證仿真。結果表明，施加在外管的壓應力能夠通過層間較強的共

4、價鍵交聯(lián)缺陷，克服微弱范德華力作用，有效地傳導到內(nèi)管上。這種載荷傳導能夠使碳納米管內(nèi)管隨著外管的壓縮而發(fā)生屈曲形變。計算顯示，含有較高缺陷密度的雙壁碳納米管具有更好的荷載傳遞特性，但是持續(xù)增加交聯(lián)缺陷的數(shù)目，載荷傳導將達到一個上限。
　　本文所獲得的結果對于碳納米管在高性能納米復合材料中的應用提供了重要的理論參考，對于設計和合成碳納米管增強復合材料和碳納米纖維具有指導作用。在將碳納米管推向?qū)嶋H應用時，應該盡可能的避免使用具有空位缺