碳納米管和二硫化鉬納米管振蕩器的分子動力學(xué)研究.pdf

1、隨著科技日新月異的發(fā)展，納米科學(xué)作為本世紀(jì)的一門前沿科學(xué)，起到了舉足輕重的作用。納米材料所具有的一些獨特性能，為下一代性能卓越且構(gòu)造精細的儀器件的開發(fā)提供了可能。本文以當(dāng)下研究熱門的納米機電系統(tǒng)為對象，提出了基于兩種不同材料設(shè)計的納米振蕩器—傳統(tǒng)的雙壁碳納米管(Carbon Nanotube, CNT)振蕩器和新型的雙壁異質(zhì)CNT@MoS2納米管振蕩器。并采用經(jīng)典的分子動力學(xué)方法，研究了納米振蕩器的振蕩行為特性以及相關(guān)參數(shù)對其振蕩行為的

2、影響，其主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)此次在對扶手椅型@鋸齒型的雙壁碳納米管體系的研究中，本文首次提出了一種全新的方法—螺旋上升法，即通過給扶手椅型的內(nèi)管施加一個螺旋上升長度以此來改善內(nèi)管的振蕩行為。運用分子動力學(xué)模擬的方法，我們分析了不同大小的螺旋上升長度對內(nèi)管振蕩穩(wěn)定性、振蕩幅度和振蕩頻率的影響。研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)管的振蕩行為對螺旋上升長度很敏感。扶手椅型的內(nèi)管在逐漸增加螺旋上升長度后，其軸向的自激發(fā)振蕩行為有所改善，且當(dāng)扶手椅型的內(nèi)

3、管所具有的螺旋上升長度大小為1nm時，在800ps后，它能保持穩(wěn)定的振蕩且其振蕩的平衡位置與初始時刻的位置也能相互匹配。通過此次模擬，我們發(fā)現(xiàn)可以給扶手椅型的內(nèi)管施加一個合適的螺旋上升長度來設(shè)計一種穩(wěn)定和低耗散的旋轉(zhuǎn)自激發(fā)雙壁碳納米管振蕩器。
　　(2) CNT@MoS2雙壁納米管振蕩器在此次研究中首次通過了分子動力學(xué)的方法對其振蕩行為進行了考察。模擬結(jié)果顯示，本次研究的異質(zhì)形態(tài) CNT@MoS2雙壁納米管振蕩器，其內(nèi)管能在間距值

4、為0.289nm~0.681 nm的范圍內(nèi)穩(wěn)定而持續(xù)的振蕩且其振蕩頻率能達到吉兆赫茲以上，與傳統(tǒng)的碳納米管振蕩器相比，異質(zhì)形態(tài)的 CNT@MoS2納米管振蕩器具有很寬的間距優(yōu)勢。模擬結(jié)果還顯示CNT@MoS2雙壁納米管的內(nèi)、外管具有不同的管狀結(jié)構(gòu)特征時，其更適合充當(dāng)?shù)蛽p耗振蕩的納米振蕩器。
　　(3)通過分子動力學(xué)方法，首次研究了旋轉(zhuǎn)型CNT@MoS2雙壁納米管體系其內(nèi)管軸向的自激發(fā)振蕩行為。模擬結(jié)果顯示，CNT@MoS2雙壁納米

5、管體系其內(nèi)管能在5GHz~500GHz的旋轉(zhuǎn)頻率下一直保持持續(xù)而穩(wěn)定的軸向振蕩，且其振蕩頻率能達到吉兆赫茲，而對于以往傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)型雙壁碳納米管體系其內(nèi)管的自激發(fā)振蕩行為要經(jīng)過很長一段時間的激勵才能保持穩(wěn)定的振蕩。模擬中還研究了溫度對旋轉(zhuǎn)型CNT@MoS2雙壁納米管振蕩行為的影響。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)體系的溫度低于300K時，內(nèi)管沿軸向的振蕩行為在整個模擬過程中表現(xiàn)的很穩(wěn)定且內(nèi)管的振蕩幅度和振蕩頻率隨著溫度的升高都有所增加；而當(dāng)體系溫度達到300K