论文部分内容阅读
碳纳米管作为一种新型的纳米材料，其优异的力学、电学性能不断地被挖掘，由碳纳米管构建的二维及三维空间结构、纳米驱动器、纳米传感器、纳米计算机等成为当前研究的热点，实际应用的需要对这些功能材料的结构及性能又提出了更高的要求。碳纳米管力学性质的研究无论在实验还是理论研究方面都做了大量的工作，但是在力、热、电等多物理场条件下的碳纳米管及其空间结构的复杂力学行为及相关机理的研究并不充分，对超级石墨烯、超级碳纳米管、纳米线等空间结构在电场作用下的行为研究也有待深入。本论文采用分子动力学方法，对基于碳纳米管的纳米结构材料的力电耦合行为及离子的吸附与解吸附性能进行了数值模拟研究，主要包括以下几个方面的内容: (1)利用量子力学软件Materials Studio(MS)建立碳纳米管绳(CNTnanorope)的几何模型，基于经典电磁场理论修改了原子距量法，并编写了MATLAB程序求解，求得碳纳米管及其空间结构的电荷分布。 (2)基于获得的电荷量，对碳纳米管及其空间结构进行分子动力学模拟。主要分析了不同手性、扭转角度及电场强度下的碳纳米管绳结构的力电耦合行为。讨论了碳纳米管绳在大场强下发生的电失效行为及含缺陷碳纳米管绳的破坏机理。 (3)修改LAMMPS程序，基于带电的碳纳米管绳结构实现了对离子的吸附，分析了阳离子及阴离子的吸附过程。对离子吸附的距离及吸附率进行了讨论，该吸附性能可以用来吸附污水中的重金属离子及阴离子等。改变电场强度的大小，对吸附的离子进行解吸附行为模拟，实现了碳纳米管绳的循环利用。