单壁碳纳米管聚合过程的计算模拟

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本论文利用紧束缚分子动力学模拟方法,模拟分析了不同类型的两个单壁碳纳米管在温度为2600K-4100K时的聚合特性。   计算结果表明,手性相同的两个单壁碳管可以聚合成一个单壁碳管,而手性保持不变。其中(4,2),(3,3)碳管,(4,4)碳管和(5,5)碳管以及(6,0)碳管,(7,0)碳管和(8,0)碳管,在一定的温度范围内没有引入缺陷的情况下都能聚合成一个碳管,而(6,3)管在一定的温度范围内则需引入一定数量的缺陷才能聚合成一个碳管。这些聚合过程均有(n,m)+(n,m)=(n+n,m+m)的规律。   手性不同的两个单壁管也可以聚合成一个含缺陷的单壁管。如(4,2)和(2,4),(3,3)与(5,0)在没有引入缺陷的情况下聚合成一个含缺陷的碳管。(6,3)和(3,6),(5,5)和(9,0)在引入缺陷的情况下也得到了类似的产物。但不符合(n,m)+(n,m)=(n+n,m+m)规律。   从聚合的难易程度及聚合的质量而言,有以下特点:   (1)碳管系统越小则聚合越容易,其具体体现表现为,碳管越细,所要求的聚合温度越低,完成聚合所需时间越少。   (2)当碳管口径小于(5,5)时,碳管聚合可直接发生,而当碳管口径大于等于(5,5)时,聚合则需借助在碳管上引入缺陷才可能实现。   (3)在碳管系统大小相同时,两直径不同的碳管比两直径相同的碳管聚合所要求的温度低且聚合更快,如(3,3)+(5,5)聚合快于(4,4)+(4,4)聚合。   (4)两碳管聚合只能在一定温度范围发生,在这一温度范围内,一般温度越高,聚合速度越快,但发生聚合的温度越低,则聚合的质量越好。   (5)在两个相同手性的碳管聚合时,扶手型碳管最容易聚合,锯齿型次之,手性型最难。
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