工程材料学

工程材料学

封面介绍：碳纳米管（carbon nanotube）自1991年被发现以来便受到了广泛的关注，以其优异的力学、电学及热学性质被公认为微纳米尺度最具有应用前景的材料.碳管独特的准一维中空管状结构，使其能够容纳其他原子或分子构成新型纳米结构.碳纳米豆荚（carbon nanopeapod）便是其中典型代表，其结构为碳管中填充富勒烯C60分子，碳管形似于豆荚的果皮，C60分子形似于豆荚中的果实.碳豆荚中C60分子的存在赋予了碳管新奇的功能特性，为纳米碳质材料的设计、纳米器件的开发提供了新思路.研究表明，在范德瓦耳斯力和滑动摩擦力的共同作用下，碳豆荚中的单个 C60分子沿着碳管轴向做周期性振荡运动.振荡频率高达数10 GHz.该频率可以通过改变碳管结构（如管长、管径、管壁层数等）或/和工作环境温度进行调节.碳豆荚的振荡特性为高品质纳米振荡器的开发提供了可能，它有望广泛应用于机械、医疗、科学研究等领域.封面显示的是碳纳米豆荚的结构，详见崔柳等人文（p1414）.

碳纳米豆荚内C60分子振荡行为的模拟

崔柳，冯妍卉，檀鹏，等

利用AIREBO势函数、L-J势函数结合分子动力学模拟方法，对碳纳米豆荚中C60分子的振荡行为进行了模拟.分别讨论了环境温度、碳管管壁层数及C60分子填充个数对碳纳米豆荚振荡性能的影响.研究表明，C60分子沿着碳管轴向做阻尼振荡运动.随着温度升高，振荡频率逐渐减小，振幅衰减速度加快.增加碳管管壁层数使 C60分子与管壁间的范德瓦耳斯力增大而滑动摩擦力减小，因而有益于形成稳定振荡.由于C60分子间受力随距离变化以及分子间存在碰撞，增加C60分子填充个数并不能观察到稳定振荡.

振荡；碳纳米管；C60分子；碳纳米豆荚；分子动力学

来源出版物：科学通报， 2015， 60（15）： 1414-1419联系邮箱：冯妍卉，yhfeng@me.ustb.edu.cn