碳纳米管分子动力学模拟的经验势函数研究

针对经验键序势函数没有考虑到碳纳米管原子间长程非键作用的问题,提出了一种新的势函数表达式.该表达式结合了经验键序作用势和雷纳德 琼斯势的特点,能够计算碳原子间的短程相互作用和长程相互作用, 更准确地计算出碳纳米管的原子间作用势能.使用分子动力学模拟方法,研究了单壁碳纳米管原子间的互作用势和杨氏模量.研究结果表明:碳纳米管的单位原子势能随直径的增大而减小,管间作用势能随距离的变化曲线呈U字形,杨氏模量为0 935 TPa左右.模拟计算结果与实验结果和其他理论计算结果吻合得很好,说明改进的势函数模型可准确模拟碳纳米管的力学性质.

分子间的相互作用势能与分子力

引入相对距离R、相对势能U与相对力F,导出了米势的相对势能U(R)及其相应的相对力F(R)与参数n、m的关系,并精确地绘制了伦纳德-琼斯势的相对势能U(R)曲线及其相应的相对力F(R)曲线和平衡位置附近的近似相对势能U(X)曲线、近似相对力F(X)曲线.

封闭单壁碳纳米锥吸附气体性能的研究

采用Lennard-Jones(L-J)12∶6势能和巨正则蒙特卡罗方法(GCMC)研究了5种锥度的封闭单壁碳纳米锥(SWCNC)对氢气、氖和甲烷(H2,Ne,CH4)的吸附性能。结果显示气体只能从纳米锥开口处进入到锥内部势阱范围且当结合能最小时,吸附于锥表面。此外发现锥与气体的结合能、分子力受锥度、锥体高度等几何因素影响。不同锥度的纳米锥必须保证达到一定高度,使得锥体内外势阱范围、结合能达到一定要求时,吸附量才能达到最优值。其中对于锥度为112.9°的封闭SWCNC,高度分别为1.02nm、0.71nm、1.31nm时才有效吸附H2、Ne、CH4。

封闭单壁碳纳米锥吸附氢性能的模拟计算研究

为了研究封闭单壁碳纳米锥(SWCNC)吸附氢性能,采用雷纳德-琼斯势(L-J)12:6势能模型和巨正则蒙特卡罗方法(GCMC),模拟了5种锥度封闭SWCNC的吸氢过程.在室温高压情况下,顶角分别为112.9°、83.6°、60.0°、38.9°、19.2°,对应高度为0.48、0.65、0.62、0.96、1.28 nm的封闭SWCNC,内部与氢的结合能对应分别为0.187、0.165、0.166、0.148、0.103 e V时,得到最大氢吸附量质量分数分别为5.62%、6.47%、7.56%、6.87%、6.65%.结果表明封闭SWCNC的氢吸附量与结构有较大关系,优于在同等条件下的碳纳米管、富勒烯,在吸附存储方面有一定应用价值.