基于 Tersoff 势的硅纳米管研究

本研究利用基于 Tersoff 势的经典分子动力学模拟，展示了硅纳米笼和硅纳米管的结构与热行为。对于基于 Tersoff 势的假想硅纳米管，其 Si-Si 键长、每原子内聚能、直径以及将片层弯曲成管所需的弹性能，均与先前的密度泛函理论结果吻合良好。通过模拟退火（SA）对几种具有金刚石结构的初始结构进行处理所获得的大多数结构，包含了笼状、管状或片层状结构，并由 sp3 和 sp2 键共同组成。硅纳米管的每原子内聚能高于金刚石结构硅块体的值，这意味着制备硅纳米管或类石墨片层具有困难。然而，由于硅原子将片层弯曲成管的每原子弹性能极低，一旦形成硅的类石墨片层，制备硅纳米管的额外代价也非常低。当硅纳米管由 sp2 和 sp3 键共同组成且 sp3 与 sp2 的比例较高时，由于硅纳米管存在的概率增加，预期会出现类似于多壁结构的硅纳米管。