大直径碳纳米管坍塌的能量势垒
介观与纳米尺度物理
2019-12-20 v1
摘要
单壁碳纳米管（SWNTs）以其空心圆柱形状最为人熟知，但大直径管的基态实际上对应于一种坍塌的哑铃状结构，其中纳米管壁的相对两侧相互接触并由范德华吸引力稳定。对于这些管，圆柱形状是亚稳态的，研究从一种构型跃迁至另一种构型的能量势垒十分有趣。我们通过考虑一条由初始局部形变及其沿 SWNT 轴的后续自传播组成的过渡路径，计算了 SWNT 坍塌的能量势垒。这在无限长纳米管极限下给出了有限且具物理意义的能量势垒。然而，此类势垒大得惊人（数十 eV），因此实际上不可逾越，这从根本上阻止了亚稳圆柱在任何合理温度下的热坍塌。此外，我们表明坍塌势垒随 SWNT 直径增加而反直觉地增大。最后，我们证明尽管存在如此巨大的势垒，SWNTs 在外部径向力下仍可相对容易地坍塌，并阐明了近期关于不同直径坍塌与圆柱形 SWNTs 的实验观测。
引用
@article{arxiv.1907.09961,
title = {Energy barriers for collapsing large-diameter carbon nanotubes},
author = {Rafael R. Del Grande and Alexandre F. da Fonseca and Rodrigo B. Capaz},
journal= {arXiv preprint arXiv:1907.09961},
year = {2019}
}