カーボンナノチューブの塑性変形の制御と塑性変形シミュレーターの構築

碳纳米管塑性变形的控制及塑性变形模拟器的构建

基本信息

批准号：
17760082
负责人：
尾方成信
金额：
$ 1.86万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

カーボンナノチューブの塑性変形を制御するための基礎的知見である、ナノチューブ中で起こる塑性変形のプロセスの詳細と、塑性変形を実現するために必要な外的条件を、シミュレーションによるエネルギー論的な考察に基づいて得た。具体的な手法としては、ボンドオーダー原子間ポテンシャルに基づく最小反応エネルギー経路探索法(Nudged Elastic Band法)を用いた。その結果、単層カーボンナノチューブ中で起こる結合の回転が塑性変形の素過程であることを見出し、この結合の回転が継続的に起こることで結果として永久的に曲がったナノチューブができることを示した。また、この結合の回転が継続的に起こるためには、熱的に活性化するだけでは十分ではなく、熱とともにナノチューブに曲げを生じさせるような力学的外部負荷を加えることにより始めて実現できることを示した。熱と力学負荷はともに重要であり、力学負荷だけでも塑性変形は生じず、熱を加えずに負荷だけをかけると弾性的に座屈してしまい、塑性変形が起こらないことを示した。本理論を用いることでカーボンナノチューブの塑性変形を制御することが可能となった。そして、これら一連の解析を容易に実行できるように塑性変形シミュレーターを作成した。また、本理論を単層だけでなく2層以上の層を有する多層カーボンナノチューブにも適用し、多層カーボンナノチューブの塑性変形をコントロールする条件を明らかにした。さらには塑性変形したナノチューブの熱伝導率を求めた。

基于控制碳纳米管的塑性变形的基本知识，根据基于基于仿真的能量考虑的考虑，获得了纳米管中发生的塑性变形过程的细节，以及实现塑性变形所需的外部条件。作为一种特定方法，使用了基于键订购的原子间电位的最小反应能量路径搜索方法（轻度弹性带方法）。结果，发现在单壁碳纳米管中发生的键的旋转是塑性变形的基本过程，并且键的旋转连续导致永久弯曲纳米管。还表明，要继续旋转这种键，热激活还不够，但只能通过施加机械外部载荷来实现，该机械外部负载与热量一起弯曲到纳米管上。热量和机械负荷都很重要，即使仅在机械载荷的情况下也不会发生塑性变形，并且仅在不施加热量的情况下施加载荷时，它将被弹性弯曲，并且不会发生塑性变形。使用该理论，可以控制碳纳米管的塑性变形。然后创建了塑性变形模拟器，以便可以轻松地进行这些一系列分析。此外，该理论不仅应用于单层，而且应用于具有两个或两个层的多壁碳纳米管，并且已经阐明了控制多壁碳纳米管塑性变形的条件。此外，确定了塑料变形的纳米管的导热率。