一、纳米碳管振荡器及其计算机模拟（论文文献综述）
谢杰[1]（2021）在《基于新型阴极扩展互作用器件研究》文中研究说明实现毫米波与太赫兹通信与应用的关键技术之一就是发展毫米波与太赫兹波辐射源,功率源器件是通信设备的核心部件之一。在毫米波和太赫兹频段,真空电子器件在实现高功率方面有着其他器件不可替代的优势。传统的毫米波及太赫兹真空辐射源器件主要采用热阴极作为电子源,热阴极真空电子器件的缺点是:发射电流密度小;阴极需要热子进行加热,不能在室温下工作;阴极预热需要一定的时长,无法满足即时性的需求等。传统的真空电子器件向毫米波以及太赫兹频段发展时,由于器件结构尺寸与频率的共渡效应,面临一系列的困难与挑战。扩展互作用器件是一类特殊的真空电子器件,结合了行波管与速调管的优点,具有体积小,结构紧凑,功率高等优点,适宜工作在毫米波与太赫兹频段。为了克服热阴极存在的缺陷以及发展紧凑型的毫米波、太赫兹真空辐射源器件,本文提出采用新型阴极作为电子源发展毫米波与太赫兹扩展互作用器件,分别针对碳纳米管阴极扩展互作用振荡器和赝火花阴极扩展互作用振荡器开展了相关的理论与实验研究。本文针对碳纳米管阴极场致发射的预调制机理进行了理论分析与仿真研究。采用微波信号中高频电场分量对冷阴极场致发射过程进行直接调制,通过仿真模拟验证了场致发射预调制机理。对扩展互作用电路的多间隙谐振腔的结构特性和基础理论进行了介绍和分析,研究了多间隙谐振腔的结构参数对高频特性的影响,设计了工作于Ka波段的扩展互作用振荡器。利用调制电子束激励Ka波段扩展互作用振荡器,实现了对扩展互作用振荡器的频率锁定。与传统振荡器相比,该新型锁频振荡器的输出信号的频率可以通过调制电子束实现频率锁定。采用碳纳米管阴极预调制电子注作为真空电子器件的电子源,可以减小线性注器件的长度,缩小体积,减轻器件重量等,对于开发微型化和集成化的电子真空器件具有重要意义。结合赝火花阴极电子枪、带状电子注和梯形慢波结构的优势,设计工作在太赫兹频段的大功率扩展互作用振荡器。对单模工作下梯形慢波结构的工作特性进行了理论分析、仿真模拟,分析了加工误差对电路性能的影响,以及考虑太赫兹高频损耗对输出功率可能造成的影响进行了分析,仿真表明工作频率提升到300 GHz时,加工精度需要控制在5μm;在仿真中还考虑了赝火花放电过程中产生的等离子体对输出信号频率和功率的影响,以及粒子碰撞带来的速度离散对器件输出功率等指标的影响进行了分析,仿真表明等离子体的引入会导致1.7%频率偏移,当速度离散在15%以内时,输出功率在1 k W以上,速度离散超过15%时,输出功率会急剧下降。本章还对双频双模太赫兹扩展互作用振荡器进行了初始研究设计,首先对双模工作的可行性进行了分析,然后针对双模工作设计了电路,并通过CST软件对双模工作扩展互作用振荡器进行了仿真模拟验证,仿真结果证实了双频双模太赫兹扩展互作用振荡器的可行性,采用赝火花阴极作为电子源,分别在两个频段获得了千瓦级的功率输出。设计研究了基于平面结构碳纳米管冷阴极的电子光学系统,通过实验研究了平面结构碳纳米管冷阴极二极管和三极管的电流发射特性和电子注的流通特性,在三极管的实验中,实验测试结果表明电子束可以近乎无电子截获通过栅极到达阳极,电子注通过率接近100%。三极管实验结果显示阴极发射电流达到了32 m A,相应的发射电流密度为1.02 A/cm2。对基于碳纳米管阴极的Ka波段扩展互作用振荡器展开了实验探索研究,在对高频电路的传输特性测试实验表明,电路的实测结果与设计电路的模拟仿真结果相一致,满足了设计要求。
李浩[2]（2020）在《层间作用力主导的碳纳米结构粘附及自组装分析》文中研究表明纳米技术的发展拓展了人类认识世界的视野,纳米科技广泛应用于材料、微电子、能源以及生物医疗等领域,极大地提高了人们的生活质量。与宏观材料不同,纳米尺度下材料会展现出奇特的物理、化学、光学、电学以及力学性能。石墨烯和碳纳米管是典型的碳纳米材料,因其具有良好的力学、电学以及光学性能,在很多领域具有广阔的应用前景,并受到人们的广泛关注。但是,由于石墨烯以及碳纳米管具有较小的面外弯曲刚度和较大的表面积,层间相互作用会对结构形状产生显着影响,并导致力学、电学和光学性质的改变,为其应用带来挑战和机遇。本文以石墨烯和碳纳米管为对象,主要采用理论方法和分子动力学方法研究碳纳米结构由层间相互作用导致的变形以及自组装行为。具体工作包括:（1）建立了研究石墨烯受层间粘附作用变形的理论模型,研究了多层石墨烯的卷曲和折叠构型及其稳定性。通过有限变形梁平衡方程以及相应的边界条件推导了卷曲和折叠石墨烯的构型方程,得到了变形构型与几何参数之间的解析关系;计算结构的弯曲能和粘附能,并通过能量最小化原理求解最优构型及能量。采用分子动力学模拟计算石墨烯的卷曲和折叠原子结构及能量,用于验证理论模型的正确性。理论模型计算的石墨烯卷曲和折叠构型与分子动力学模拟结果基本一致。能量相图表明,石墨烯卷曲或者折叠形态的能量随长度的增加而降低,相对于平面状态存在亚稳态和稳态。同时,当石墨烯长度继续增大时,由于卷曲构型具有更长的粘附区域,其能量要低于折叠构型并且更稳定。（2）基于理论模型分析了平行多壁碳纳米管之间的粘附行为及稳定性。利用有限变形梁理论推导了碳纳米管的部分塌陷和完全塌陷构型及相应的弯曲能,粘附能考虑了接触粘附能和非接触粘附能,并通过总能量最小求解最优构型及对应能量。分子动力学方法也模拟了碳纳米管之间的粘附行为,用于验证理论模型的正确性。理论模型得到的碳纳米管部分塌陷和完全塌陷构型与分子动力学模拟结果一致。研究表明,碳纳米管部分塌陷和完全塌陷构型的能量随直径增大而降低,并存在相应的临界直径。通过解析方法和拟合方法分析了临界直径与碳管弯曲刚度、粘附强度、层间距离和层数之间的关系公式。（3）采用理论模型研究了碳纳米管在外部载荷作用下的塌陷过程。利用有限变形梁理论推导了独立的碳纳米管和置于基底上的碳纳米管在位移荷载作用下的截面构型及弯曲能。采用解析模型计算了碳纳米管在塌陷过程中的粘附能及粘附力。通过能量最小化原理求解随位移载荷变化的最优构型、能量以及所需加载力,并分析碳纳米管的压塌能量势垒和径向刚度。分子动力学方法也模拟了碳纳米管的压塌过程,计算压塌过程中碳纳米管的变形及能量,用于验证理论模型的正确性。理论模型计算的碳纳米管在压塌过程中的变形构型、能量和载荷曲线与分子动力学模拟结果一致。研究发现,碳纳米管压塌能量势垒和径向刚度随直径增大而降低,表明大直径的碳纳米更容易塌陷。（4）研究了石墨烯在粘附作用下折叠变形的动态传播。石墨烯纳米带在层间作用力的驱动下会产生类似于多米诺效应的持续折叠变形,利用该现象可以实现纳米结构的自组装。通过分子动力学模拟和有限元分析方法研究了二维材料的多米诺折叠临界条件及传播速度等特征,通过理论模型建立了折叠临界条件和稳定传播速度与弯曲刚度、拉伸刚度、粘附强度等材料属性的关系式,并被分子动力学模拟和有限元计算结果验证。与碳纳米管多米诺塌陷相比,石墨烯多米诺折叠的速度更快且稳定,这是由于石墨烯在折叠过程中宽度方向是自由边界,而碳纳米管截面在塌陷过程中会受到对称边界约束和周长约束,具有较大阻力,并且当碳管直径增大时会产生翻转塌陷进一步抑制传播速度。此外,利用石墨烯多米诺折叠构建了纳米驱动装置,可以用于加速纳米粒子,其中利用纳米管异质结可以实现自动激发和驱动。本文研究碳纳米结构在层间粘附作用下的变形以及自组装行为,有助于了解纳米尺度下结构的变形特性及机理,并为碳纳米结构的制造和应用提供指导。同时,理论模型适用于其它材料,可以推广至其它纳米结构的粘附问题。
林晓甜[3]（2020）在《缺陷对碳纳米管-石墨烯系统运动的影响及调控研究》文中研究说明碳纳米管和石墨烯是近年来纳米材料领域的热点研究对象,碳纳米管是一维材料,石墨烯是二维材料,由于它们优异的力学,电学和化学性能,在材料学、微纳米器件等方向都得到了广泛的应用。由于两种材料的制造工艺的限制,目前生产的碳纳米管和石墨烯往往都含有不同数量和种类的缺陷,这些缺陷对于碳纳米管和石墨烯及其组合器件的性质有重要的影响,对于这一部分内容的研究也有助于指导其相关的应用,但是目前对于碳纳米管和石墨烯缺陷对于其力学性质的影响规律的研究还不完善。因此本文的研究基于分子动力学研究的方法,对于不同种类和数量的缺陷对于碳纳米管和石墨烯及其组合纳米器件的运动影响进行了研究,得到其影响规律,并且在此基础上,利用其缺陷的影响,设计了新的石墨烯和碳纳米管组合纯转动系统。首先,采用双壁碳纳米管平动系统作为研究对象,在其中加入了不同数量和位置分布的空位缺陷和STW缺陷,在其余条件都相同的情况下,研究缺陷对于系统运动的影响。研究发现:缺陷数量与缺陷对于系统运动的影响大小整体上成正比,即随着缺陷数量的增加,缺陷对于系统运动的影响越大;其中缺陷的不同位置分布对于运动也有不同的影响。其次,在分析了缺陷对于纳米系统的运动影响的基础上,利用缺陷造成势能差,设计了一种基于双壁碳纳米管和石墨烯的新的纯转动的纳米器件,利用分子动力学方法对于该系统的转动过程进行了模拟,并且分析了该系统产生转动的机理。结果表明:在系统合理位置设计缺陷,可以使系统产生势能差,进而驱动某一个部件产生纯转动,其稳定转速与系统的温度、缺陷的位置以及组成器件的碳纳米管和石墨烯的手性都有关系,这部分研究结果对于基于碳纳米管和石墨烯的纳米器件的设计和应用都可以起到一定指导意义。最后,对于双壁碳纳米管与石墨烯纳米转动系统进一步丰富,设计了基于三壁碳纳米管和石墨烯的系统,在该系统中,可以设置两种不用的转动方式,一种为内管固定,外管和中管为转子,另一种是中管固定,内管和外管为转子。采用分子动力学方法,针对温度,碳纳米管手性和缺陷位置的影响进行了系统的研究,并揭示其影响机理和规律,得到了具有工程实际应用的重要结论,发现了通过改变温度,碳纳米管手性和缺陷位置可以调控该系统的转动性能。研究结果对于纳米转动系统的调控和实际应用具有指导意义。
陈韵[4]（2019）在《单壁碳纳米管的吸附机理及功能化研究》文中进行了进一步梳理功能化纳米器件在纳米机电、生物技术以及电子信息领域均扮演着至关重要的角色。单壁碳纳米管凭借独特的一维拓扑结构、优异的电学、光学以及机械行为特性,成为了开发功能化纳米器件的热门材料之一,并已成功用于分子齿轮、生物探测器以及纳米集成逻辑电路。碳纳米管的吸附及与其他纳米材料的相互作用是实现功能化的关键,然而现阶段仍缺乏对于其吸附及相关摩擦行为的系统性机理研究。碳纳米管与吸附质之间的相互作用决定了体系的吸附行为,因此揭示碳纳米管结构、尺寸及介电性质等本征特性在吸附行为中的作用,并探讨吸附质结构、吸附构型、吸附位置以及吸附率对于吸附行为的影响是理解碳管吸附机理的关键所在。当碳纳米管与吸附基底发生相对运动时,吸附行为的连续性动态变化会进一步导致摩擦的产生。由于吸附行为动态变化的方式主要取决于碳管的运动模式,因此除需考虑材料的本征特性之外,分析运动方式对碳管与基底之间相互作用动态变化的影响,揭示运动行为的竞争机制是碳管纳米摩擦行为研究的核心要务。上述基础科学问题的研究不仅对于设计基于物理吸附的金属性/半导体性单壁碳纳米管的有效区分方法至关重要,同时还能够为合理设计碳纳米管基功能器件提供可靠的理论指导。因此,本论文利用多体色散修正的密度泛函理论方法（DFT+MBD）围绕上述问题对单壁碳纳米管展开了系统性研究。首先,我们研究了碳纳米管本征特性在吸附行为中的作用。我们利用各向同性的稀有气体Xe、Kr原子以及具有各向异性的正庚烷分子系统研究了金属性和半导体性单壁碳纳米管的吸附行为,揭示了碳纳米管的物理吸附行为主要取决于电荷密度振荡波。同时,发现两种碳管截然不同的介电性质导致了两者差异显着的物理吸附行为,而碳纳米管的直径、吸附质结构、吸附位置以及吸附率等特性也同样对其吸附行为具有重要影响。基于上述研究,我们依据正庚烷分子在金属性和半导体性单壁碳纳米管上差异显着的物理吸附行为,提出了一种基于物理吸附手段对两种单壁碳纳米管进行有效区分的方法。为进一步探讨吸附质对碳纳米管吸附行为的影响,我们研究了具有高度各向异性的平面Au6团簇在单壁碳纳米管上的吸附行为,揭示了化学结合力、泡利排斥力、色散相互作用以及静电相互作用之间的平衡是Au6团簇实现稳定构型的关键。同时,发现在吸附行为中色散相互作用的多体效应对于体系稳定性的影响能够通过泡利排斥力和化学结合力进行有效调控,同时其强烈依赖于吸附质的原子体积、各向异性以及吸附构型等特性。结果表明Au6团簇在N掺杂（14,0）碳纳米管上能够实现平躺和站立双重稳态构型,因此基于该吸附体系实现了碳纳米管基分子开关的设计。基于上述吸附机理研究,我们进一步探讨了碳纳米管在石墨烯上的滚动、滑动摩擦机理及竞争机制,揭示了泡利排斥力主导滚动摩擦,多体色散相互作用决定滑动摩擦,并发现纳米尺度下显着的尺寸效应会导致随着尺寸增加碳纳米管的最优运动方式发生由滑动到滚动的转变。同时,我们通过Prandtl-Tomlinson模型进一步证明了碳纳米管滑动、滚动摩擦的粘性行为特性,并利用运动势垒对该体系的摩擦行为进行了理论模型构建,最终实现了对滑动、滚动粘性摩擦行为实验级别精度的准确预测。综上,本论文围绕碳纳米管的吸附机理及相关摩擦行为进行了系统研究。研究结果揭示了碳纳米管吸附的电子结构起源,以及滑动和滚动摩擦的竞争机制,为金属性/半导体性碳管的有效分离以及碳管基纳米器件的发展奠定了理论基础,并提供了新的设计思路。
王爱芹[5]（2019）在《转动碳纳米马达在氩气中的动力学性能研究》文中研究说明随着纳米科技的发展,基于碳纳米管的纳米材料和纳米器件研究备受关注。多壁碳纳米管管间具有超润滑性,管壁具有超高模量和强度。因此,其成为制造纳米马达、纳米轴承、纳米振荡器等纳米器件的理想材料。目前,受实验技术和设备的限制,纳米级（100 nm以内）碳纳米管动力学器件的研发手段以分子动力学模拟为主。本论文采用分子动力学模拟方法,研究了碳纳米管马达和碳纳米环马达在氩气环境中的动力学行为,取得如下成果:（1）对比了碳纳米管马达在真空和氩气环境中的动力学行为。由外管为定子,内管为转子的双壁碳纳米管构成碳纳米管马达,碳纳米管马达的基本原理是转子上原子在热振动过程中受到定子的碰撞,产生定向环向驱动力,从而加速转动,但在定子的摩擦力作用下,达到峰值转速后保持稳定转动。通过研究环境温度、氩气密度、模拟盒子尺寸以及转子尺寸对碳纳米管马达稳定转动频率（Stable rotational frequency:SRF）的影响,发现:转子的稳定转动频率随氩气密度的增大呈指数下降;在100 K下,转子仍可以在液氩中转动;在常温（如300 K）下,当氩气密度小于200 kg/m3时,SRF值受氩气密度影响较小;在动态平衡阶段,部分氩原子被转子内外表面吸附,与转子同步转动。碳纳米管马达在具有相同氩气密度不同尺寸的模拟盒子中,大尺寸盒子中会有更多的氩原子被吸附到转子表面,导致转子的稳定转动频率值偏低。而在相同尺寸的模拟盒子中,较低的氩气密度下,转子长度大于5 nm时SRF值略受转子长度影响。（2）利用单个碳纳米管构建了轮胎形纳米环,用四个短纳米管作为定子约束纳米环,采用相同的策略驱动纳米环在四个短外管中转动。对比纳米环马达在真空和氩气中的动力学特性,并考虑氩气密度、温度以及定子的长度等因素对纳米环马达SRF值的影响。结果表明,纳米环马达不能在100 K下转动,但可在300 K下转动,且温度越高SRF值越高。氩气在纳米环马达附近周期性地形成氩簇,然后逐步被纳米环拆散,期间SRF值呈周期性变化。此外,还可以通过改变环境温度来阻止纳米环马达转动。其机制是:在较低温度下形成的氩簇附着在定子和纳米环衔接处,氩簇对纳米环的摩擦力随温度降低而增加。因此,低温下碳纳米环会由于摩擦而停止转动。这种现象可以用来设计氩气开关控制纳米环的转速。上述研究结果可为此类转动碳纳米马达的实验设计和制造提供思路。尤其氩气可作为控制转子转速的介质。
李健文[6]（2018）在《低维纳米材料的摩擦与耗散研究》文中进行了进一步梳理滑动表面之间的摩擦现象非常普遍,在我们的日常生活和工业生产过程中扮演重要角色。随着纳机电器件规模的减小,摩擦现象变得复杂,摩擦力也变得越来越重要。原子尺度的摩擦规律显着区别于宏观尺度的摩擦规律,目前对微观或纳米尺度的摩擦耗散机制的解释尚不完善。深入研究原子尺度摩擦行为,不仅具有重要的工业应用价值,也是重要的科学问题。由于多壁碳纳米管的管壁之间可能存在超低摩擦,国内外相关研究人员对纳机电运动控制的设计及应用研究十分重视,并开展了大量工作。石墨烯因其独特的二维稳定结构和优异性质,被认为是研究原子尺度摩擦规律的理想材料。清楚地认识石墨烯摩擦特性,可为石墨烯基微/纳机电系统设计提供理论指导。在本文中,我们重点围绕基于石墨或碳纳米管的范德华型纳米振荡器,研究了在周期性简谐驱动力作用下实现稳定振动的条件。计算和分析了纳米振子的操作特性。研究结果表明,通过选择合适的驱动振幅和频率,能够实现纳机电系统的持久稳定振动。该方法对于进一步研究基于石墨或多壁碳纳米管的纳机电系统的设计有重要的参考价值,为实现超润滑在微/纳机电系统中的应用提供了一种简易可行的途径。利用数值计算方法研究了两个石墨烯圆盘的层间滑动行为。分析了上、下层石墨烯盘间失配角、平动位移和层间距离对势能、横向力和扭矩的影响。结果发现,系统处于公度态时上层石墨烯盘的扭矩很小,但由于横向力扰动明显,很难实现超润滑。对应非公度状态,石墨烯盘沿某些方向运动时所受的扭矩接近于零,易实现超润滑。无论是公度还是非公度接触,横向力的幅度均与实验结果在数量级上一致。我们探讨了如何对石墨烯盘进行适当的操作以实现石墨烯盘的超润滑运动。通过基于双质量—双弹簧模型的等效耦合振子模型分析了摩擦力显微镜（FFM）的针尖在样品表面移动时的动力学过程,用线性响应理论计算了功率耗散谱,发现当相对滑移速度达到一定值时存在共振耗散。改进了FK模型,在此基础上分析了摩擦过程中的能量转换,得出了主要由声子激发引起的能量耗散结论,发现微纳尺度的物体作相对滑移时距离与初速度存在反常依赖关系。还探讨了一维原子链的滑动距离对原子链的尺寸及原子链与衬底之间的耦合强度的依赖。研究结果将为建立能量转换及耗散机制提供理论基础。
曾永辉[7]（2017）在《碳纳米管和二硫化钼纳米管振荡器的分子动力学研究》文中认为随着科技日新月异的发展,纳米科学作为本世纪的一门前沿科学,起到了举足轻重的作用。纳米材料所具有的一些独特性能,为下一代性能卓越且构造精细的仪器件的开发提供了可能。本文以当下研究热门的纳米机电系统为对象,提出了基于两种不同材料设计的纳米振荡器—传统的双壁碳纳米管（Carbon Nanotube,CNT）振荡器和新型的双壁异质CNT@MoS2纳米管振荡器。并采用经典的分子动力学方法,研究了纳米振荡器的振荡行为特性以及相关参数对其振荡行为的影响,其主要研究内容如下:（1）此次在对扶手椅型@锯齿型的双壁碳纳米管体系的研究中,本文首次提出了一种全新的方法—螺旋上升法,即通过给扶手椅型的内管施加一个螺旋上升长度以此来改善内管的振荡行为。运用分子动力学模拟的方法,我们分析了不同大小的螺旋上升长度对内管振荡稳定性、振荡幅度和振荡频率的影响。研究发现内管的振荡行为对螺旋上升长度很敏感。扶手椅型的内管在逐渐增加螺旋上升长度后,其轴向的自激发振荡行为有所改善,且当扶手椅型的内管所具有的螺旋上升长度大小为1nm时,在800ps后,它能保持稳定的振荡且其振荡的平衡位置与初始时刻的位置也能相互匹配。通过此次模拟,我们发现可以给扶手椅型的内管施加一个合适的螺旋上升长度来设计一种稳定和低耗散的旋转自激发双壁碳纳米管振荡器。（2）CNT@MoS2双壁纳米管振荡器在此次研究中首次通过了分子动力学的方法对其振荡行为进行了考察。模拟结果显示,本次研究的异质形态CNT@MoS2双壁纳米管振荡器,其内管能在间距值为0.289nm0.681nm的范围内稳定而持续的振荡且其振荡频率能达到吉兆赫兹以上,与传统的碳纳米管振荡器相比,异质形态的CNT@MoS2纳米管振荡器具有很宽的间距优势。模拟结果还显示CNT@MoS2双壁纳米管的内、外管具有不同的管状结构特征时,其更适合充当低损耗振荡的纳米振荡器。（3）通过分子动力学方法,首次研究了旋转型CNT@MoS2双壁纳米管体系其内管轴向的自激发振荡行为。模拟结果显示,CNT@MoS2双壁纳米管体系其内管能在5GHz500GHz的旋转频率下一直保持持续而稳定的轴向振荡,且其振荡频率能达到吉兆赫兹,而对于以往传统的旋转型双壁碳纳米管体系其内管的自激发振荡行为要经过很长一段时间的激励才能保持稳定的振荡。模拟中还研究了温度对旋转型CNT@MoS2双壁纳米管振荡行为的影响。研究发现当体系的温度低于300K时,内管沿轴向的振荡行为在整个模拟过程中表现的很稳定且内管的振荡幅度和振荡频率随着温度的升高都有所增加;而当体系温度达到300K时,内管的振荡行为却很不稳定。
尹航[8]（2016）在《高频转动碳纳米马达传动特性数值模拟研究》文中研究指明碳元素因其独特的核外电子排布形式可以构成种类繁多的单质和化合物,随着纳米科技的发展,碳纳米管和石墨烯作为低维纳米碳结构可表现出优异的物理学特性,受到科研工作者的广泛关注。在力学方面,sp2杂化面内模量高,而层间具有超低的摩擦效应。因此,基于多壁碳纳米管的微机电系统开发（如纳米振荡器、纳米马达、纳米轴承等）成为近期研究热点。碳纳米管的层间相对滑动分为平动和转动。受实验技术手段限制,多壁碳管间转动问题的研究目前主要采用模拟手段开展。本论文以高频转动碳纳米管马达为研究对象,应用分子动力学方法,针对多壁碳管层间以及管端之间的相互作用对传动等特性展开研究,分析其动力学规律和作用机理,提出转动自激发振荡器模型、具有同频或异频输出信号的共轴转动传输系统以及高频转动马达驱动下石墨烯及其卷曲构型之间的快速转化机制,获得如下研究成果:（1）在双壁碳纳米管千兆赫兹（GHz）振荡器原有的理论模型中,振子的初始激发条件来自于内管（振子）从外管（定子）中抽出的初始轴向位移。受管端效应的影响,振子的振幅迅速衰减。本论文针对四组具有相似尺寸、不同手性的双壁碳纳米管模型展开分析,依据层间势垒分布理论分析各组碳纳米管层间自由运动的趋向性,结合内外管端交替产生的排斥和吸引作用,提出了由初始高频转子激发的纳米振荡器模型,能够实现转动向轴向振荡转化。计算结果通过两类模拟系综进行验证,兼顾考察了模拟时间的影响。在初始高频转速条件下,自由转动的碳纳米管受层间摩擦力影响转动动能逐步衰减,发现管壁间距最小的非相称手性型碳纳米管转速衰减最快,相称锯齿型碳纳米管管壁间距最大且势垒轨迹沿环向分布,转速衰减最为缓慢。同时,在转子的转速衰减过程中,其转动动能的耗散部分转化为管壁间的相互作用能。管壁间相对运动形式受相互作用能影响,定子内侧势垒分布产生变化,使得转子逐渐转变为振子。锯齿型双壁碳纳米管模型的内管轴向运动受限于两层相邻的环向势垒,产生的轴向振荡频率虽接近THz量级,但其振幅不超过轴向势能波动的半周期间距（小于1?）,不适于设计为振荡器。其余三组模型的趋向性运动为轴向运动或类螺丝运动形式,在管端边界效应的作用下可产生介于外管两侧端部之间的较大幅度振荡,振幅不超过内外管长差值的一半,频率可达GHz量级。当层间势垒沿轴向分布时,内管动能可以维持轴向振荡在较长时间内不产生衰减,稳定性极高。（2）对于碳纳米管转动激发振荡器,内管的初始高频转速并非天然存在,需由外部物理场/转动马达驱动。基于此思路,本文设计一种纳米转动装置:将转动纳米管马达和双壁碳管轴承共轴放置,当纳米管马达具有转速时,纳米轴承的转子被驱动而产生定轴转动。轴承转子的运动即为传动输出信号。为了考察轴承转子的动力学特性,本文分析如下参数:马达转子手性与轴承手性、管径以及马达转子与轴承转子接触端的构形。在接触端两侧均为开口（Both Open:BO）的模型中,若管端均无氢化,则马达转子与轴承转子可迅速形成新的碳-碳键,从而,马达转子与轴承转子构成一个整体,也仅能产生同步转动。对于接触端存在封帽结构的MC（Motor Capped）和BC（Both Capped）模型,因存在构型稳定的sp2杂化原子,两个转子的接触端相互作用极弱,轴承转子将输出低频率转动。若使BO模型中两个转子的管径差值不低于0.275 nm,轴承转子与马达转子产生管壁嵌套现象,但不发生成键现象。此时非键结作用力传递的扭矩可输出更为稳定的异步转频。经计算验证,此类共轴转动传输系统,常温环境即可得到最优传动效果,具有极强的可实施性和现实意义。（3）为了减弱表面能,通常采用氢化手段。在碳纳米管端部掺杂氢原子是弱化端部作用的常用方法之一。本文将这一方法运用于上述转动传输系统中,分析碳-氢键对于端部传动效应的影响。当碳-氢键均匀分布于两个转子接触端时,与马达转子等管径的扶手椅型轴承转子可获得两类平衡状态:一是异步转频差可产生动态平衡状态,二是同步转动。这两种状态取决于马达的输入转速。若两个转子的管径存在差异,轴承转子的转速取决于两个管径的差异程度,可用于实现高频转速向低频转速转化的精准调控。对于锯齿型传动系统,因其转动方向上的轴承内存在超低摩擦力,等管径转子易于产生稳定同频转速。此外,通过改变传输接触端的碳-氢键分布形式分析了其对传动输出结果的影响,同时解释了转动传输现象产生的原因。两个转子之间扭矩的传递仅在接触边界原子势能相近时有效,否则在接触端分布的零势能区将使转动马达的扭矩无法有效传递至转子,即转子将始终保持静止。（4）碳纳米管马达的层间传动特性还可作用于（二维）单层石墨烯结构,自由态石墨烯靠近管状边界时,其范德华能（相互作用能）逐步降低,随之产生自卷曲现象,形成具有开放拓扑构型的一维碳纳米卷结构。本论文提出采用输入转动动能的方式可使碳纳米卷结构拆解展开为石墨烯结构,实现了一维和二维构型的相互转化。首先,对石墨烯构型转换过程中的能量变化规律进行讨论,给出系统的相互作用能;然后给碳管输入转速,经分子动力学计算发现,碳纳米卷在恒定转动的中心碳管作用下,当转动动能增加至相互作用能附近时,碳纳米卷结构首先从内层脱离中心碳管的吸附实现拆解展开。整个展开过程的时间主要取决于碳纳米卷转动动能的积累时间,而转动动能的积累速度取决与中心碳管的转速和层间的相互作用强度。中心碳管的转速越高,碳纳米卷展开需要的时间越短。在碳管转速相同时,碳纳米卷展开时刻受层间摩擦力和相互作用能改变量的耦合效应影响。这两者均受到中心碳管与石墨烯手性的影响。同时,中心碳管表面引入部分空位缺陷可显着降低碳纳米卷展开时间。
蔡海方[9]（2016）在《弯曲碳纳米管转—振器件动力学特性模拟研究》文中研究表明碳纳米管高柔韧性和层间低摩擦超润滑特性使其成为制造纳米轴承、纳米振荡器和纳米马达等纳米机械/器件的理想材料。已有大量研究工作关注多壁碳纳米管的转动-振荡特性。这些工作中多以直管为研究对象。本论文使用分子动力学方法对弯曲双壁碳纳米管的转动-振荡特性进行了较为系统地研究,并获得如下结果,可为此类设计提供理论支持:（1）研究NVE系综下,高速转动内管在弯曲外管中的转动与轴向振荡随时间的变化规律。内管表现为阻尼转动和阻尼振荡。外管的弯曲角度越大,则内管转动频率及轴向振荡的振幅衰减越快;（2）提出概念型纳米万向节——一种弯曲外管的弯曲角度可变的纳米传动系统:通过改变转子（内管）的弯曲角度,可改变输出传动的方向。如果改变转动输入马达和弯曲轴承转子（内管）接触端的构型,还可改变输出转动的频率,实现（与输入转动的频率相比）同频传输与异频传输之间的切换;（3）在弯曲定子（外管）中,转子（内管）在传递转速的同时,可能会发生面内摆动的共振现象。因面内摆动幅度大,转子的转动输出端会在定子中出现轴向振荡现象。因此,该状态可看作转动-振荡的多信号输出态。转子的轴向振荡输出依赖于输入转动频率与系统固有频率的差异。输入频率越接近固有频率,则振荡幅度越大;（4）设计一种超速转动传输装置:转动输入马达的转动频率低于转子输出的转动频率时,系统处于超速转动传输状态。超速传输状态仅限于转子的半径小于转动输入马达的半径时出现。并且输出转动频率与输入频率的比值不大于马达半径和转子半径之比。通过调节环境温度、马达转动频率、转子弯曲角度以及马达与转子接触端加氢构型的方法可改变其转动传输状态。
郭争荣[10]（2011）在《碳纳米管热驱动器的驱动机理和解析建模》文中指出碳纳米管是一种优异的纳米材料,由于其力学、热学、电学和化学等方面特殊的性能,自从1991年被发现以来,它一直是构建下一代高性能微纳米机电系统的最理想的材料。纳米驱动器是一种把能量转化为运动的纳米器件,一直以来构建高效、灵活可控的纳米驱动器是纳米科技领域的中心问题之一。最近一种新的驱动机理日渐受到重视,Walther等人第一次提出在碳管中导入温度梯度会是一种新的驱动方式,Barreiro等人则第一次在实验中观测到这种现象。目前科学界对这种现象已有大量的研究,使得人们对这种现象有了较为全面的了解,有很多基于这种驱动方式的纳米驱动器也在实验室或计算机模拟中构建出来或证明可行。但关于温度梯度驱动的物理机理目前尚不清楚,更没有解析模型提出。本文基于Tersoff-Brenner势的分子动力学对热驱动进行了系统的研究,提出了对温度梯度驱动原因的解释。在这种解释的基础上,本文提出一个基于晶格振动的解析模型。双壁或多壁碳管中,层间运动方式的限制到只剩转动和同轴滑动,非常类似于日常生活中的轴承,这为构建器件提供极大的便利。由一根长内管和一段短外管组成的驱动器（内管导入温度梯度,外管作为被驱动部分）是温度梯度驱动器中最特殊、最典型的一类,本文研究的对象即为该类驱动器。我们对外管受力进行详细分析是发现,外管上的力很明显分为两类:一类作用在外管边缘上,一类作用在整个外管上。作用在两个边缘的力方向相反,都指向外管的中心。当没有温度梯度时,力仍然存在,但大小相等,所以互相抵消。当有温度梯度存在时,在温度较高一端的力也较大,所以合力方向为沿轴指向低温区,和温度梯度方向一致。关于作用在整个碳管中那部分力,虽然每个原子上的力不明显且随机扰动,但合力和第一个力在同一数量级。我们提出热振动导致了层间势能的增加,在有温度梯度的情况下形成一个势能梯度,因此会在整个外管上作用一个力。关于边缘力,我们认为是外管对内管原子的作用和内管热振动耦合产生的势能壁垒导致的。随后分子动力学模拟证实了我们对驱动原理的猜测。在这种解释的基础上,我们利用晶格振动的方法给出了层间范德华势能和温度的关系,并和分子动力学的结果进行了比较,结果吻合的很好。进一步我们给出了驱动力及其两个部分的表达式,表达式显示驱动力和温度梯度、外管直径及外管长度有线性依赖的关系,预测的结果和分子动力学模拟给出的结果一致。
二、纳米碳管振荡器及其计算机模拟（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、纳米碳管振荡器及其计算机模拟（论文提纲范文）
（1）基于新型阴极扩展互作用器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 场致发射冷阴极与赝火花放电阴极简介 |
| 1.2.1 场致发射冷阴极原理 |
| 1.2.2 场致发射冷阴极的发展现状 |
| 1.2.3 碳纳米管阴极的研究概述 |
| 1.2.4 赝火花阴极简介 |
| 1.2.5 碳纳米管真空电子器件的研究进展 |
| 1.2.6 基于赝火花阴极真空电子器件的国内外研究现状 |
| 1.3 论文工作的主要内容和创新点 |
| 1.3.1 论文工作的主要内容 |
| 1.3.2 论文工作的创新点 |
| 第二章 碳纳米管阴极扩展互作用振荡器锁频特性研究 |
| 2.1 碳纳米管场致发射机理 |
| 2.2 场致发射冷阴极预调制机理研究 |
| 2.2.1 场致发射冷阴极电流密度调制理论 |
| 2.2.2 微带预调制电子枪的机理 |
| 2.2.3 微带电子枪PIC仿真 |
| 2.3 扩展互作用电路介绍 |
| 2.4 高频系统研究和设计 |
| 2.4.1 同步特性分析 |
| 2.4.2 电路参数对谐振频率的影响 |
| 2.4.3 电路参数对品质因数的影响 |
| 2.4.4 电路参数对特性阻抗的影响 |
| 2.4.5 高频电路模式分布 |
| 2.5 耦合系数与电子电导 |
| 2.6 注-波互作用分析 |
| 2.7 Ka波段同轴输入窗设计与实验测试 |
| 2.7.1 等效电路理论 |
| 2.7.2 Ka波段超宽带同轴窗仿真与实验 |
| 2.8 本章小结 |
| 第三章 太赫兹赝火花阴极带状注扩展互作用振荡器研究 |
| 3.1 研究意义 |
| 3.2 赝火花阴极 |
| 3.2.1 气体中的放电 |
| 3.2.2 赝火花放电 |
| 3.2.3 赝火花阴极电子枪 |
| 3.2.4 赝火花阴极的实验方法 |
| 3.3 基于赝火花阴极带状注太赫兹扩展互作用振荡器仿真研究 |
| 3.4 单模350 GHz带状注扩展互作用振荡器仿真研究 |
| 3.4.1 高频电路设计 |
| 3.4.2 高频损耗分析 |
| 3.4.3 加工公差为结构参数的影响 |
| 3.4.4 粒子模拟结果分析 |
| 3.5 太赫兹双模带状注扩展互作用振荡器仿真研究 |
| 3.5.1 双模太赫兹EIO可行性分析 |
| 3.5.2 双模太赫兹EIO粒子模拟 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 Ka波段碳纳米管阴极扩展互作用振荡器实验探索研究 |
| 4.1 平面结构碳纳米管阴极电子光学系统的研究 |
| 4.1.1 平面结构碳纳米管阴极电子枪的仿真研究 |
| 4.1.2 基于平面结构碳纳米管阴极场致发射二极管的实验研究 |
| 4.1.3 基于碳纳米管冷阴极平面结构三极管的实验研究 |
| 4.2 Ka波段盒型窗设计与测试 |
| 4.2.1 非传统盒型窗的理论分析 |
| 4.2.2 等效电路理论 |
| 4.2.3 Ka波段非传统性盒型窗设计 |
| 4.2.4 盒型窗实验测试 |
| 4.3 高频结构加工与测试 |
| 4.3.1 高频电路设计与PIC仿真 |
| 4.3.2 高频结构测试 |
| 4.4 整管的组装和测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 全文研究工作总结 |
| 5.2 后续研究工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（2）层间作用力主导的碳纳米结构粘附及自组装分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 碳纳米材料及其应用 |
| 1.2.1 碳纳米管 |
| 1.2.2 石墨烯 |
| 1.3 碳纳米结构的粘附问题 |
| 1.3.1 粘附产生原因及意义 |
| 1.3.2 粘附对结构变形的影响 |
| 1.3.3 粘附与纳米结构自组装 |
| 1.4 本文的研究内容 |
| 2 碳纳米结构研究方法 |
| 2.1 基于离散模型的分子动力学方法 |
| 2.1.1 分子动力学方法概述 |
| 2.1.2 分子动力学计算原理 |
| 2.1.3 原子间势函数 |
| 2.1.4 分子动力学方法验证 |
| 2.2 基于连续体假设的理论方法 |
| 2.2.1 连续体模型简介 |
| 2.2.2 有限变形梁理论 |
| 2.2.3 粘附强度 |
| 3 石墨烯卷曲和折叠构型研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 石墨烯粘附变形理论模型 |
| 3.2.1 有限变形多层梁模型 |
| 3.2.2 卷曲石墨烯 |
| 3.2.3 折叠石墨烯 |
| 3.3 石墨烯不同粘附构型的分子动力学模拟 |
| 3.4 结果分析及讨论 |
| 3.4.1 理论模型计算构型和分子动力学模拟结果比较 |
| 3.4.2 不同构型石墨烯稳定性分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 碳纳米管之间的粘附作用研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 碳纳米管塌陷构型理论分析模型 |
| 4.2.1 部分塌陷碳纳米管 |
| 4.2.2 完全塌陷碳纳米管 |
| 4.2.3 非接触粘附能理论推导 |
| 4.3 碳纳米管塌陷构型的分子动力学模拟 |
| 4.4 结果分析及讨论 |
| 4.4.1 理论模型和分子动力学模拟结果构型比较 |
| 4.4.2 塌陷构型能量相图 |
| 4.4.3 塌陷构型临界条件 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 碳纳米管受外载荷压塌过程研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 碳纳米管压塌过程理论模型 |
| 5.2.1 粘附能和粘附力 |
| 5.2.2 独立的碳纳米管压塌过程 |
| 5.2.3 置于固定基底上的碳纳米管压塌过程 |
| 5.3 碳纳米管压塌过程的分子动力学模拟 |
| 5.4 结果分析及讨论 |
| 5.4.1 分子动力学模拟中加载速度和温度的影响 |
| 5.4.2 分子动力学模拟中碳纳米管手性的影响 |
| 5.4.3 碳纳米管压塌过程中截面变形 |
| 5.4.4 碳纳米管压塌过程能量势垒和转化间距 |
| 5.4.5 径向变形能力 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 石墨烯在粘附作用下折叠变形的动态传播 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 分子动力学模拟多米诺折叠 |
| 6.2.1 石墨烯多米诺折叠的分子动力学模拟 |
| 6.2.2 石墨烯多米诺折叠特征 |
| 6.2.3 加载速度对折叠稳定传播速度的影响 |
| 6.2.4 纳米带宽度对折叠稳定传播速度的影响 |
| 6.2.5 不同材料多米诺折叠模拟 |
| 6.2.6 与碳纳米管多米诺塌陷比较 |
| 6.3 有限元方法模拟多米诺折叠 |
| 6.3.1 有限元分析在纳米材料中的应用 |
| 6.3.2 VUINTER用户子程序 |
| 6.3.3 粘附算例 |
| 6.3.4 石墨烯多米诺折叠的有限元模拟 |
| 6.3.5 杨氏模量和宽度对稳定传播速度的影响 |
| 6.3.6 密度和宽度对稳定传播速度的影响 |
| 6.4 二维材料多米诺折叠理论模型 |
| 6.4.1 多米诺折叠临界条件 |
| 6.4.2 稳定传播速度 |
| 6.5 石墨烯纳米驱动装置 |
| 6.5.1 石墨烯驱动纳米球 |
| 6.5.2 石墨烯驱动纳米管异质结 |
| 6.6 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录A VUINTER用户子程序 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（3）缺陷对碳纳米管-石墨烯系统运动的影响及调控研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 纳米材料简介 |
| 1.2 碳纳米管性质及其研究现状 |
| 1.3 石墨烯性质及其研究现状 |
| 1.4 缺陷对纳米材料性能的影响 |
| 1.5 本文主要工作 |
| 第二章 分子动力学模拟方法 |
| 2.1 分子动力学模拟简介 |
| 2.2 初始条件 |
| 2.3 势函数 |
| 2.4 Nose-Hoover温度控制方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 缺陷对双壁碳纳米管运动的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 计算模型与方法 |
| 3.3 结果与分析 |
| 3.3.1 单原子空位缺陷 |
| 3.3.2 Stone-Wales缺陷 |
| 3.3.3 温度及手性影响 |
| 3.3.4 振荡行为 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于碳纳米管和石墨烯的缺陷导向旋转系统 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 计算模型与方法 |
| 4.3 结果与分析 |
| 4.3.1 缺陷驱动旋转机制 |
| 4.3.2 温度的影响 |
| 4.3.3 双壁碳纳米管的手性及半径的影响 |
| 4.3.4 缺陷位置的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于三壁碳纳米管和石墨烯的转动系统 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 计算模型与方法 |
| 5.3 结果与分析 |
| 5.3.1 温度的影响 |
| 5.3.2 三壁碳纳米管手性的影响 |
| 5.3.3 缺陷位置的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附录 |
（4）单壁碳纳米管的吸附机理及功能化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 单壁碳纳米管的电学行为研究 |
| 1.1.1 单壁碳纳米管的电学特性 |
| 1.1.2 单壁碳纳米管在电子器件领域的应用 |
| 1.2 单壁碳纳米管的机械行为研究 |
| 1.2.1 单壁碳纳米管的摩擦特性 |
| 1.2.2 单壁碳纳米管在纳米机电系统的应用 |
| 1.3 单壁碳纳米管的制备与分离 |
| 1.4 单壁碳纳米管研究应用中面临的问题 |
| 1.5 本论文的研究内容 |
| 第2章 理论基础 |
| 2.1 第一性原理方法 |
| 2.1.1 波恩-奥本海默绝热近似 |
| 2.1.2 Hartree-Fock理论 |
| 2.1.3 密度泛函理论 |
| 2.1.4 交换关联近似及杂化泛函 |
| 2.2 vdW色散相互作用修正方法 |
| 2.2.1 TS两体色散修正方法 |
| 2.2.2 MBD多体色散修正方法 |
| 2.3 纳米摩擦理论模型 |
| 2.3.1 纳米摩擦能量耗散原理 |
| 2.3.2 纳米摩擦运动行为方式 |
| 2.3.3 Prandtl-Tomlinson模型 |
| 第3章 基于物理吸附的金属性/半导体性单壁碳纳米管有效区分方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 计算方法 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于Au_6团簇/单壁碳纳米管吸附体系的分子开关设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 计算方法 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 单壁碳纳米管滑动、滚动行为摩擦机理研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 计算方法 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读期间发表的论文 |
| 致谢 |
（5）转动碳纳米马达在氩气中的动力学性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 研究背景 |
| 1.1 碳纳米结构 |
| 1.2 石墨烯 |
| 1.3 碳纳米管 |
| 1.3.1 碳纳米管结构 |
| 1.3.2 碳纳米管性能及应用 |
| 1.4 碳纳米管相关研究现状 |
| 1.4.1 碳纳米管摩擦相关特性研究 |
| 1.4.2 碳纳米管转动相关特性研究 |
| 1.4.3 碳纳米管其他相关特性研究 |
| 1.5 氩气 |
| 1.5.1 氩气简介 |
| 1.5.2 氩气性能及应用 |
| 1.6 本论文的主要研究内容 |
| 第二章 分子动力学方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 分子动力学的基本原理 |
| 2.3 分子动力学的时间积分算法 |
| 2.3.1 Verlet算法 |
| 2.3.2 Verlet蛙跳算法 |
| 2.3.3 预测-校正算法 |
| 2.3.4 Beeman算法 |
| 2.4 原子间势函数 |
| 2.4.1 Lennard-Jones势函数 |
| 2.4.2 AIREBO势函数 |
| 2.5 分子动力学方法的基本概念 |
| 2.5.1 能量最小化 |
| 2.5.2 截断半径及邻域列表 |
| 2.5.3 边界条件 |
| 2.5.4 时间步长 |
| 2.5.5 系综及控温方法 |
| 2.6 分子动力学方法技术路线与模拟步骤 |
| 2.6.1 技术路线 |
| 2.6.2 基本步骤 |
| 2.7 常用软件 |
| 2.7.1 Materials Studio |
| 2.7.2 UltraEdit |
| 2.7.3 Ovito |
| 2.7.4 Origin |
| 第三章 热驱动转动纳米管马达在氩气环境中的动力学行为 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模型参数和模拟流程 |
| 3.2.1 模型构建及模拟设置 |
| 3.2.2 分子动力学模拟流程 |
| 3.3 转动纳米管马达运动机理 |
| 3.4 氩原子对转子转动的影响 |
| 3.5 结果与讨论 |
| 3.5.1 氩气密度对纳米管马达稳定转动频率的影响 |
| 3.5.2 模拟盒子尺寸对纳米管马达稳定转动频率的影响 |
| 3.5.3 转子长度对纳米管马达稳定转动频率的影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 热驱动转动纳米环马达在氩气环境中的动力学行为 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 模型参数和模拟流程 |
| 4.2.1 模型构建及模拟设置 |
| 4.2.2 分子动力学模拟流程 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 纳米环马达在真空中转动 |
| 4.3.2 氩气密度对4S模型中纳米环马达转动的影响 |
| 4.3.3 温度对4S模型中纳米环马达转动的影响 |
| 4.3.4 氩气密度对4L模型中纳米环马达转动的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历 |
| 攻读硕士学位期间发表论文情况 |
（6）低维纳米材料的摩擦与耗散研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 典型理论模型与实验方法 |
| 1.2.1 典型理论模型 |
| 1.2.2 实验方法 |
| 1.3 纳米摩擦耗散机理及超润滑 |
| 1.3.1 纳米摩擦耗散机理研究 |
| 1.3.2 超润滑及其应用 |
| 1.3.3 微/纳米振荡器研究 |
| 1.4 课题来源与主要研究内容 |
| 1.4.1 课题来源 |
| 1.4.2 本文主要研究内容 |
| 第2章 基于石墨的纳机电系统的外驱动可控振动 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 矩形石墨片模型 |
| 2.3 运动方程数值求解方法 |
| 2.4 结果与分析 |
| 2.4.1 顶层和底层的石墨片长度相等 |
| 2.4.2 顶层和底层的石墨片长度不相等 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于碳纳米管的纳机电系统的可控稳定振动 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 双壁碳纳米管振动模型 |
| 3.3 运动方程和算法 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 石墨烯圆盘的扭矩及超润滑运动 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 石墨烯圆盘模型 |
| 4.3 结果和讨论 |
| 4.3.1 超润滑对失配角和滑动方向的依赖性 |
| 4.3.2 超润滑对层间距离和圆盘尺寸的依赖性 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 原子尺度下摩擦的失稳和耗散动力学 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 FK模型 |
| 5.3 等价的耦合振子模型 |
| 5.4 数值计算结果及讨论 |
| 5.4.1 导致耗散的失稳 |
| 5.4.2 功率耗散 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 一维原子链的滑动距离对速度的依赖 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 改进的FK模型 |
| 6.3 Runge-Kutta方法 |
| 6.4 结果与讨论 |
| 6.4.1 一维原子链的本征频率 |
| 6.4.2 原子链质心的最大位移与初速度的关系 |
| 6.4.3 原子链滑动过程不同阶段的声子激发 |
| 6.4.4 原子链滑动过程的能量耗散机制 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 研究总结 |
| 7.2 对未来工作的展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的论文与研究成果 |
（7）碳纳米管和二硫化钼纳米管振荡器的分子动力学研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 碳纳米管简介 |
| 1.2.1 碳纳米管的结构 |
| 1.2.2 碳纳米管的性能 |
| 1.2.3 碳纳米管振荡器的研究现状 |
| 1.3 MoS_2纳米管简介 |
| 1.3.1 MoS_2纳米材料的结构 |
| 1.3.2 MoS_2纳米材料的研究现状和应用 |
| 1.4 CNT@MoS_2纳米管简介 |
| 1.4.1 CNT@MoS_2纳米管的概述 |
| 1.4.2 CNT@MoS_2纳米管的研究现状和应用 |
| 1.5 研究内容 |
| 第2章 分子动力学简介 |
| 2.1 分子动力学的概念 |
| 2.2 分子动力学的基本原理 |
| 2.3 分子动力学中的势函数 |
| 2.3.1 分子力场的简要介绍 |
| 2.3.2 分子动力学模拟的经验势 |
| 2.4 分子动力学模拟的系综 |
| 2.4.1 正则系综 |
| 2.4.2 微正则系综 |
| 第3章 具有螺旋上升长度的双壁碳纳米振荡器的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 建模和模拟方法 |
| 3.3 模拟结果和讨论 |
| 3.3.1 螺旋上升对内管轴向振动行为及其旋转特性的分析 |
| 3.3.2 内管振动过程中的等效应力及管壁键角结构的分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 CNT@MoS_2纳米管振荡器的分子动力学模拟 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 模型的建立和模拟方法 |
| 4.3 模拟结果与讨论 |
| 4.3.1 管间距对内管振荡行为的影响 |
| 4.3.2 内、外管结构特征对内管振荡行为的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 旋转型CNT@MoS_2纳米管自激发振荡器的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 模型的建立和模拟方法 |
| 5.3 研究的相关理论基础 |
| 5.4 模拟结果与讨论 |
| 5.4.1 旋转速度对内管振荡行为的影响 |
| 5.4.2 温度对内管振荡行为的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 研究内容总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（8）高频转动碳纳米马达传动特性数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 碳单质结构的发展 |
| 1.2 碳纳米管的结构 |
| 1.3 碳纳米管的低摩擦特性及应用 |
| 1.3.1 碳纳米管的低摩擦特性研究背景 |
| 1.3.2 碳纳米管振荡器 |
| 1.3.3 碳纳米管马达 |
| 1.4 本论文的主要研究内容 |
| 第二章 分子动力学方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 分子动力学的基本原理 |
| 2.3 分子动力学的时间积分算法 |
| 2.3.1 Verlet算法 |
| 2.3.2 预测-校正算法 |
| 2.4 原子间势函数 |
| 2.4.1 Lennard-Jones势 |
| 2.4.2 Tersoff-Brenner势 |
| 2.4.3 AIREBO势 |
| 2.5 能量最小化 |
| 2.6 截断半径及邻域列表法 |
| 2.7 边界条件 |
| 2.8 时间步长 |
| 2.9 系综及其控制方法 |
| 2.9.1 微正则系综 |
| 2.9.2 正则系综 |
| 2.9.3 等温等压系综 |
| 2.9.4 等压等焓系综 |
| 2.10 分子动力学的计算步骤 |
| 第三章 碳纳米管转动激发振荡器 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 双壁碳纳米管层间势垒分布 |
| 3.3 四组双壁碳纳米管模型及模拟条件设置 |
| 3.4 微正则系综模拟结果与分析 |
| 3.4.1 转动方向运动规律及能量变化情况 |
| 3.4.2 轴向方向运动规律 |
| 3.5 正则系综下的模拟结果与分析 |
| 3.6 内外管管长差异的影响分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 碳纳米管共轴转动传输系统 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 传输边界分布碳-碳键 |
| 4.2.1 模型及模拟参数设置 |
| 4.2.2 传输边界构型的影响 |
| 4.2.3 传输边界管径差异的影响 |
| 4.2.4 马达转子输入频率的影响 |
| 4.2.5 环境温度的影响 |
| 4.3 传输边界分布碳-氢键 |
| 4.3.1 模型及模拟参数设置 |
| 4.3.2 扶手椅型系统的转动传输行为 |
| 4.3.3 锯齿型系统的转动传输行为 |
| 4.4 传输边界不同碳-氢键分布构型的影响 |
| 4.4.1 模型及模拟参数设置 |
| 4.4.2 模拟结果及分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 碳纳米卷高转速展开行为研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 碳纳米卷转动展开机理 |
| 5.2.1 模型及模拟参数设置 |
| 5.2.2 结果与讨论 |
| 5.3 碳纳米卷模型参数对展开行为的影响 |
| 5.3.1 模型及模拟参数设置 |
| 5.3.2 模型手性组合的影响 |
| 5.3.3 石墨烯宽度的影响 |
| 5.3.4 石墨烯长度的影响 |
| 5.4 构造缺陷诱导碳纳米卷加速展开行为研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文工作总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 攻读博士学位期间发表论文情况 |
（9）弯曲碳纳米管转—振器件动力学特性模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 研究背景 |
| 1.1 碳纳米管的结构 |
| 1.2 碳纳米低摩擦超润滑特性 |
| 1.3 直碳纳米管在微/纳米机电系统中的研究现状 |
| 1.3.1 直碳纳米管的振荡研究 |
| 1.3.2 直碳纳米管的转动研究 |
| 1.4 弯曲碳纳米管 |
| 1.5 本论文的主要研究内容 |
| 第二章 分子动力学方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 分子动力学方法的基本原理 |
| 2.3 相互作用势函数 |
| 2.3.1 Lennard-Jones(L-J)势 |
| 2.3.2 Tersoff-Brenner势 |
| 2.3.3 AIREBO势 |
| 2.4 牛顿运动方程的数值解法 |
| 2.4.1 Verlet算法 |
| 2.4.2 Leap-frog算法 |
| 2.5 分子动力学方法的主要技术 |
| 2.5.1 能量最小化 |
| 2.5.2 简化单位 |
| 2.5.3 积分步长 |
| 2.5.4 截断半径及邻域列表 |
| 2.5.5 边界条件 |
| 2.5.6 系综及温度控制方法 |
| 2.6 分子动力学模拟的主要步骤 |
| 第三章 弯曲双壁碳纳米管转动内管的转-振规律 |
| 3.1 几何模型及模拟设置 |
| 3.1.1 模型建立及参数 |
| 3.1.2 模拟设置 |
| 3.1.3 计算方案 |
| 3.2 结果与讨论 |
| 3.2.1 内外管温度变化 |
| 3.2.2 内管振荡特点 |
| 3.2.3 内管转动频率 |
| 3.3 结论 |
| 第四章 弯曲双壁碳纳米管万向节 |
| 4.1 几何模型及模拟设置 |
| 4.1.1 模型建立及参数 |
| 4.1.2 模拟设置 |
| 4.1.3 计算方案 |
| 4.2 结果与讨论 |
| 4.2.1 马达和转子的接触端为C-C结点 |
| 4.2.2 马达和转子的接触端为C-H结点 |
| 4.3 结论 |
| 第五章 能量吸收诱发转动弯曲碳纳米管的振荡研究 |
| 5.1 几何模型及模拟设置 |
| 5.1.1 模型建立及参数 |
| 5.1.2 模拟设置 |
| 5.1.3 计算方案 |
| 5.2 结果与讨论 |
| 5.3 结论 |
| 第六章 基于弯曲碳纳米管的超速转动-传输系统 |
| 6.1 几何模型及模拟设置 |
| 6.1.1 模型建立及参数 |
| 6.1.2 模拟设置 |
| 6.1.3 计算方案 |
| 6.2 结果与讨论 |
| 6.2.1 A组模型在 300 K条件下的动力学响应 |
| 6.2.2 Gap 2 对转子动力学响应的影响 |
| 6.2.3 温度对转子动力学响应的影响 |
| 6.2.4 端部不同加氢方案对动力学响应的影响 |
| 6.3 结论 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 本论文主要结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 攻读硕士学位期间发表论文情况 |
（10）碳纳米管热驱动器的驱动机理和解析建模（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 碳纳米管的研究背景，前沿和意义 |
| 1.1.1 纳米机械系统(NEMS)和碳纳米管 |
| 1.1.2 热泳领域的研究现状 |
| 1.2 本文的主要工作 |
| 第二章 碳纳米管中热泳驱动的物理模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 研究方法 |
| 2.3 温度梯度、系统平均温度对驱动力的影响 |
| 2.4 热泳驱动的物理机理 |
| 2.4.1 作用在外管上的驱动力的详细情况 |
| 2.4.2 梯度力和夹持力产生的机理 |
| 2.5 本章小结和讨论 |
| 第三章 双壁碳纳米管中热泳驱动力的解析解 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 晶格振动简介和单层石墨的离面振动模态 |
| 3.3 解析模型 |
| 3.3.1 模型描述 |
| 3.3.2 层间范德华势能 |
| 3.3.3 石墨离面振动模态 |
| 3.3.4 驱动力中的梯度力 |
| 3.3.5 驱动力中的夹持力 |
| 3.3.6 热泳导致的外管上的驱动力 |
| 3.4 数值检验和讨论 |
| 3.4.1 与温度有关的层间范德华势能 |
| 3.4.2 热泳驱动力 |
| 3.4.3 讨论 |
| 3.5 本章小结和讨论 |
| 第四章 全文总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间完成的论文 |
四、纳米碳管振荡器及其计算机模拟（论文参考文献）
- [1]基于新型阴极扩展互作用器件研究[D]. 谢杰. 电子科技大学, 2021
- [2]层间作用力主导的碳纳米结构粘附及自组装分析[D]. 李浩. 大连理工大学, 2020(01)
- [3]缺陷对碳纳米管-石墨烯系统运动的影响及调控研究[D]. 林晓甜. 华南理工大学, 2020(02)
- [4]单壁碳纳米管的吸附机理及功能化研究[D]. 陈韵. 吉林大学, 2019(02)
- [5]转动碳纳米马达在氩气中的动力学性能研究[D]. 王爱芹. 西北农林科技大学, 2019(08)
- [6]低维纳米材料的摩擦与耗散研究[D]. 李健文. 南昌大学, 2018(12)
- [7]碳纳米管和二硫化钼纳米管振荡器的分子动力学研究[D]. 曾永辉. 南昌航空大学, 2017(01)
- [8]高频转动碳纳米马达传动特性数值模拟研究[D]. 尹航. 西北农林科技大学, 2016(09)
- [9]弯曲碳纳米管转—振器件动力学特性模拟研究[D]. 蔡海方. 西北农林科技大学, 2016(09)
- [10]碳纳米管热驱动器的驱动机理和解析建模[D]. 郭争荣. 上海大学, 2011(07)