无缺陷碳纳米管键断裂应变的新下限：紧束缚分子动力学模拟研究
材料科学
2013-01-15 v1
摘要
应用 Order(N) Tight Binding Molecular Dynamics (TBMD) 算法模拟了短（2-2.5 nm）扶手椅型和锯齿型单壁碳纳米管（SWCNTs）的拉伸伸长，且无键断裂或缺陷形成。在高温下重复了模拟。我们将无键断裂或 5-7 缺陷形成的短 SWCNTs 的断裂应变下限固定。在室温下，模拟的 (4,4) SWCNT 能够承受高达松弛管长度 130% 的应变而不发生键断裂或 5-7 缺陷形成。该值对于 (11,0) SWCNT 为 127%，对于 (17,0) SWCNT 为 125%，对于 (10,10) SWCNT 为 123%。在无缺陷的短纳米管中，随着纳米管半径的增加，无论其手性如何，键断裂均在较低的应变值下发生。当我们加热管到更高温度时情况也是如此。SWCNTs 的键断裂应变值、拉伸强度和杨氏模量均作为温度的函数获得。无缺陷锯齿型纳米管表现出比扶手椅型更高的拉伸强度。发现无缺陷单壁单纳米管的杨氏模量在弹性极限内处于 0.400 TPa 范围内。在室温和实验上可实现的应变值下，较细的管对键断裂的抵抗力更强，且锯齿型管优于扶手椅型管。在高温下，尽管对应变的抵抗力下降，但相同的趋势仍然成立。我们观察到拉伸强度随温度升高而略有下降。杨氏模量中也观察到了相同的趋势。这些结果对于确定 SWCNTs 的真实断裂应变具有重要意义。
引用
@article{arxiv.1301.2786,
title = {A new lower limit for the bond breaking strains of defect-free carbon nanotubes: Tight binding MD simulation study},
author = {Gulay Dereli and Banu Sungu Misirlioglu and Onder Eyecioglu and Necati Vardar},
journal= {arXiv preprint arXiv:1301.2786},
year = {2013}
}
备注
25 pages, 1 table, 7 figures. Accepted for publication in Computational Materials Science