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碳纳米管从硅基板上剥离的拉伸分子动力学模拟研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:Acta Physica Sinica
  • 时间:0
  • 页码:315-321
  • 分类:O151.21[理学—数学;理学—基础数学]
  • 作者机构:[1]南昌航空大学飞行器工程学院,南昌330063, [2]南昌航空大学航空制造工程学院,南昌330063
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:10902048和11162014)资助的课题~~
  • 相关项目:硅通孔技术中碳纳米管互连结构的失效机理研究
中文摘要:

采用拉伸分子动力学方法研究了单壁碳纳米管(8,8)在室温下从硅基板上被剥离的过程.当碳纳米管(CNT)在硅基底上被剥离时,剥离距离和理想弹簧所测平均剥离力之间呈现一定规律的关系曲线,并出现了较大的正、负峰值.比较了不同剥离速度下的平均剥离力,并拟合了其峰值与速度的关系.拉伸分子动力学模拟结果显示,所需剥离力的最大值与速度之间呈现一定的线性关系,模拟结果同生物物理学上类似的剥离实验结果符合较好,但相比于高分子,CNT和硅(Si)组成的界面吸附性能更强.讨论了碳纳米管长度、半径及缺陷对剥离过程的影响,研究表明:所需最大的剥离力与CNT的长度无关,但随CNT半径的增加,需要的最大剥离力线性增加;5-7-7-5缺陷对剥离力最大值影响较小,而半径变化缺陷会削减最大剥离力.在原子尺度对未来的试验进行了理论预测,为碳纳米管在硅微电子工业中的应用提供了理论基础.

英文摘要:

Steered molecular dynamics(SMD) simulations are performed to study the peeling of a single wall carbon nanotube(8,8) from a silicon surface at room temperature.There is a regular relationship between the average force probed by the ideal spring and the peeling distance when the carbon nanotube(CNT) is peeled from the silicon substrate.A large positive and a large negative peak value can be found in the peeling process.The average force for varying peeling velocities is investigated and their peak values are fitted to a function of the peeling velocity.The SMD simulation results show that there is a linear relationship between the peak value and the peeling velocity,which is consistent well with some biophysics peeling experiments.Compared with macromolecules,the CNT has a strong adhesion to the silicon surface.The influences of both radius and length as well as the defects of the CNT on the peeling process are also examined.The numerical results indicate that the peak value of the peeling force is independent of the length of the CNT but increases linearly with the radius of the CNT increasing.The peak value of the peeling force is almost independent of the 5-7-7-5 defect in the CNT but critically weakened by the radius defect of the CNT.The suggested method provides a theoretical prediction for the future experiment at atomic scale,which is helpful for the potential application of the CNT in the silicon-based microelectronics industry.

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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