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碳纳米锥力学特性的分子动力学研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:物理学报
  • 时间:0
  • 页码:-
  • 分类:TU452[建筑科学—岩土工程;建筑科学—土工工程]
  • 作者机构:[1]福州大学机械工程及自动化学院,福州350108
  • 相关基金:国家自然科学基金青年科学基金(批准号:50903017)资助的课题
  • 相关项目:DNA-SWNT复合结构力学特性的多尺度粗粒度分子动力学模拟研究
作者: 李明林|
中文摘要:

结合原子间短程作用势(Brenner势)和长程作用势(Lennard-Jones势),利用分子动力学方法对各种锥角的碳纳米锥进行拉伸和压缩实验,获得其载荷一应变关系曲线、受拉/压载荷极限、应变极限和构形演变等力学特性,并与等量原子组成的碳纳米管进行比较研究.研究结果表明,等量碳原子组成的碳纳米锥的受拉/压载荷极限随着锥角的增大先是增大后减小,受拉/压应变极限则随着锥角的增大而增大.与碳纳米锥相比,等量碳原子组成的碳纳米管的受拉/压载荷极限和应变极限显得既不突出也不逊色.在受压构形演化方面,与碳纳米管丰富的径向屈曲/扭转/侧向屈曲组合形变不同,112.88°和83.62°锥角的碳纳米锥受压沿轴向完美内陷,而60.0°和38.94°锥角的碳纳米锥受压发生侧向屈曲.

英文摘要:

The mechanical behaviors of carbon nanocone (CNCs) with equivalent number of atoms under uniaxial extension and uniaxial compress are investigated using classical molecular dynamics simulations, exploring the Brenner and Lennard-Jones potentials to represent the interatomic interaction. The mechanical properties including elastic strain limit, ultimate longitudinal loading, and configuration evolution of CNC, are obtained and compared with those of carbon nanotube that consists of equivalent atoms. Under tension, CNC with larger apex angle presents a higher failure strength in general, as well as a larger maximum strain. However, the failure strength of the CNC with largest conical angle of 112.88° is the smallest one. The carbon nanotube with (15, 0) and 4 nm length presents a moderate strength and strain. Under compression, CNCs with conical angle of 112.88° and 83.62° have true chiral inversion without the chemical bond break. However, the other CNC exhibits unstable uniaxial compress and sudden lateral bend under compression. The force that buckles these carbon nanostructures decreases as the conical angle increases, except for the CNC of 38.94°. Results in the present study show that a certain CNC possesses more excellent mechanical properties than the equivalent CNT and is expected to substitute CNT and to be applied to some engineering fields such as nanosensors and nanoscale composites.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876