彎折和彎曲型碳納米豆莢結構中富勒烯聚合機制.pdf

1、碳納米豆莢結構是一種類似于豆莢狀構型的新型超分子結構，通過富勒烯分子填塞于碳納米管一維空腔中形成。對該結構進行高溫熱處理或者電子輻照，將會引起碳管內富勒烯鏈的逐步聚合，并逐漸形成一個內壁碳納米管。盡管實驗和理論上對碳納米豆莢結構、聚合機制、相關性質進行了很多研究，但是大部分工作都是關注外管為直型無缺陷碳納米管的碳納米豆莢結構及其聚合行為，而對實驗中經(jīng)常出現(xiàn)的外管為彎折型和彎曲型碳納米管內富勒烯的聚合行為和最終結構鮮有研究。本文基于經(jīng)驗勢

2、能量驅動的動力學蒙特卡羅法，首次在原子尺度對彎折和彎曲構型的碳納米豆莢結構中的富勒烯受熱聚合行為和最終結構進行了模擬計算，考察了在這類特殊構型的外碳管中富勒烯受熱聚合的可行性，并將聚合過程和最終產(chǎn)物結構與無缺陷直壁碳納米管中富勒烯聚合情況比較，分析了其異同。
　　本研究主要內容包括：⑴外管彎折角度以及連接結處五、七元環(huán)缺陷相對位置對富勒烯聚合行為和最終結構有顯著影響?？傮w來說，受外管束縛影響，富勒烯在彎折管中能夠受熱聚合形成與彎折

3、外管相似的結構，即兩邊為不同手性的無缺陷碳納米管，中間有單個五、七元環(huán)缺陷組成的連接結。內管缺陷結在小角度彎折外管(18,0)?(17,1)和大角度彎折外管(18,0)(10,10)情況下能夠復制外管連接結處五、七元環(huán)缺陷相對位置。但對于中間彎折角度的外管(18,0)(15,5)來說，由于缺陷結形成能較高，其五、七元環(huán)缺陷的相對位置不會復制外管分布，而是在諸多能量因素競爭中重新分布，達到最低能量構型。另外，在彎折角度較小的(18,0)?

4、(17,1)外管中，由于中間連接結引起的腔體變形較小，亦能形成無缺陷的單壁碳管。同時，受有限時間尺度下的動力學機制影響，聚合而成的富勒烯產(chǎn)生具有較多缺陷的無序管狀結構的幾率較高。⑵在彎曲型碳納米豆莢結構中，對于曲率較小的外碳管，受熱聚合而成的內壁碳納米管能夠復制外碳管平滑彎曲的無缺陷構型。但隨著曲率增加，富勒烯聚合成平滑彎曲內管的難度越來越大，出現(xiàn)平滑彎曲內管向彎折內管轉變的現(xiàn)象，其轉變取決于在不同彎曲曲率外管剛性束縛條件下，內管平滑彎