跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.221.66.130) 您好!臺灣時間:2024/06/20 23:41
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:吳明彥
研究生(外文):Min-Yen Wu
論文名稱:單壁奈米碳管機械性質之分子動力學模擬
論文名稱(外文):Molecular dynamics simulation of mechanical properties of single-walled carbon nanotube
指導教授:楊照彥
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:應用力學研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:單壁奈米碳管分子動力模擬
外文關鍵詞:Single-walled Carbon nanotubeMolecualr simulation
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:171
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:1
奈米碳管為二十一世紀的新興材料,逐漸被人們利用於各種高科技或是民生用品之中,所以對奈米碳管的機械性質的了解對奈米碳管的應用有十分大的幫助。本論文利用分子動力學模擬來計算單壁奈米碳管的機械性質與力學行為,採用Tersoff 勢能來表示碳管內碳原子的交互作用,於固定粒子數、固定體積及溫度的情況下開始模擬,模擬單壁奈米碳管拉伸、壓縮及扭轉的行為並利用其能量與應變的關係求得所要之楊氏模數與剪力模數。本文內有兩種方式比較碳管的機械性質,一固定直徑,改變碳管半徑,另一種為改變碳管長度,固定半徑的方式下去模擬並計算其機械性質,比較其結果。而單壁奈米碳管所求的之楊氏模數為0.613 Tpa,而剪力模數為0.396 Tpa,而透過幾何形狀的改變,楊氏模數並無一定的趨勢,而剪力模數會隨著碳管半徑增加而變大,碳管長度差增加而減小。
Carbon nanotube is the newest material in twenty-one century and will be widely used in high tech products and civil things. As a result, understanding the mechanical properties of the single-walled carbon nanotube (SWNT) is very important in application of the carbon nanotube.So in this paper, we use molecular dynamics method to calculate the mechanical properties of the tube and select the Tersoff potential to represent the force between carbons. Then start the simulation of tension, compression and torsion of the tube with fixed number of carbons, volume
and temperature. Using its relationship between energy and strain to calculate its Young’s modulus and Shear modulus. In this, there are two ways to compare its mechanical properties. One is to fix the radius of the tube and change its length. The other is fix the length of the tube and
change its radius. Comparing the result,we find the Young’s modulus of SWNT is 0.613 Tpa and the shear modulus is 0.396 Tpa. And it seems that the Young’s modulus have no rule or trend. Shear modulus will be bigger with the increasing of radius and smaller with the decreasing of the length.
目 錄
摘 要………………………………………………………………………… α
誌 謝………………………………………………………………………… β
目 錄………………………………………………………………………… γ

第 一 章 概 論

1.1 研究動機………………………………………………………… 1
1.2 文獻回顧………………………………………………………… 2
1.3 單壁奈米碳管的結構…………………………………………… 3

第 二 章 分 子 動 力 學 模 擬 法

2.1 分子動力學理論簡介……………………………………………… 7
2.2 分子間位勢能的選擇……………………………………………… 9
2.3 積分方法…………………………………………………………… 10
2.4 最小映射法則……………………………………………………… 12
2.5 交互作用計算……………………………………………………… 14
2.6 無因次參數………………………………………………………… 17
2.7 溫度調節…………………………………………………………… 17
2.8 物理模型…………………………………………………………… 18
2.9 應變表示式 ………………………………………………………… 20
2.10 程式模擬流程圖…………………………………………………… 21


第 三 章 勢 能 函 數
3.1 特索夫勢能的型式………………………………………………… 22
3.2 特索夫勢能的微分型式…………………………………………… 24

第 四 章 模 擬 結 果 分 析
4.1 機械性質之計算
4.1.1 楊氏模數的計算………………………………………… 29
4.1.2 剪力模數之計算………………………………………… 30
4.2 模擬條件的設定…………………………………………………… 31
4.3 (5.5)長徑比為5.08碳管的計算結果…………………………… 32
4.4 不同管長碳管之楊氏模數與剪力模數計算結果………………… 38
4.5 不同半徑碳管之楊氏模數與剪力模數計算結果………………… 40
4.6 不同長徑比碳管之楊氏模數與剪力模數計算結果比較………… 42
第 五 章 結論與展望
5.1 結論………………………………………………………………… 43
5.2 未來展望…………………………………………………………… 44
附錄 ……………………………………………………………………………45
參考文獻…………………………………………………………………………72
[1] B. J. Alder and T. E. Wainwright, “Phase Transition for a Hard Sphere System”, J. Chem. Phys. 27, 1208 (1957).
[2] D. C. Rapaport, The Art of Molecular Dynamics Simulation, Cambridge University Press (1995).
[3] J. M. Haile, Molecular Dynamics Simulation Elementary Methods, John Wiley & Sons, INC. (1997).
[4] L. Verlet, Computer Experiments on Classical Fluids. I. Thermodynamic Properties of Lennard-Jones Molecules, Physical Review, Vol. 159, No. 1, pp. 98 (1967).
[5] M. P. Allen and D. J. Tildesley, Computer Simulation of Liquids, Oxford Science Publications (1987).
[6] D. H. Robertson, D. W. Brenner, and J. W. Mintmire, “Energetics of Nanoscale Graphite Tubules”, Phys. Rev. B45, 12592 (1992)
[7] A. Sears and R. C. Batra, “Macroscopic Properties of Carbon Nanotube from Molecular-Mechanice Simulations”, Phys. Rev. B69, 235406 (2004)
[8] S Iijima. “Helical Microtubes of Graphitic Carbon”, Nature. 1991,354: 56
[9] 成會明, 奈米碳管(奈米研究與應用系列), 五南圖書出版社 (2004).
[10] L. Colombo, “A Source Code for Tight-Binding Molecular Dynamics Simulation”, Computational Material Science Vol. 12 278-287 (1998)
[11] D.W. Brenner, “Empirical potential for hydrocarbons for use in simulating the chemical vapor-deposition of diamond films”Phys. Rev. B 42, 9458 (1990)
[12] R.Saito, G. Dresselhaus and M. S. Dresselhaus, Physical Properties of Carbon Nanotubes, Imperial College Press (1998)
[13] 吉野 雄太, 炭素ナノチューブによる水素吸蔵の分子動力学法シミュレーション, 日本東京大學機械工程研究所碩士論文 (2002).
[14] Per-Olov Löwdin, J. Mol. Spectr. 3, 46 (1959)
[15] J. C. Slater and G. F. Koster, “Simplified LCAO Method for the Periodic Potential Problem”, Phys. Rev. 94, 1498 (1954)
[16] Xu C H, Wang C Z, Chan C T, Ho K M. “A Transferable Tight-Binding
Potential for Carbon”, J Phys, 1992, 4(28): 6047∼6054
[17] 張耀廷, 碳族元素之分子動力學模擬, 國立台灣大學應用力學研究所碩士論文 (2003).
[18] Dietrich Stauffer, Annual Reviews of Computational Physics IX, Cologne University, (2001).
[19] R. Biswas and D. R. Hamann, “New Classical Models for Silicon Structural Energies”, Physical Review B 36, 6434 (1987).
[20] 黃怡翔, 單壁奈米碳管儲氫性能之分子動力學模擬, 國立台灣大學應用力學研究所碩士論文 (2004)
[21] B. I. Yakobson, C.J. Brabeck, and J. Bernholc, “Nanomechanics of Carbon Tubes: Instabilities beyond Linear Response”, Phys. Rev. Lett. 76, 2511 (1995).
[22] C. F. Cornwell and L. T. Wille, “Elastic Properties of Single-Walled Carbon Nanotubes in Compression”, Solid State Commun. 101, 555 (1997).
[23] J. P. Lu, “Elastic Properties of Carbon Nanotubes and Nanoropes”, Phys. Rev. Lett. 79, 1297 (1997).
[24] E. Hernandez, C. Goze, P. Bernier, and A. Rubio, “Elastic Properties of C and BxCyNz Composite Nanotubes”, Phys. Rev. Lett. 80, 4502 (1998).
[25] N. Yao and V. Lordi, “Young''s Modulus of Single-walled Carbon Nanotubes”, J. Appl. Phys. 84, 1939 (1998).
[26] T. Ozaki, Y. Iwasa, and T. Mitani, “Stiffness of Single-Walled Carbon Nanotubes under Large Strain”, Phys. Rev. Lett. 84, 1712 (2000).
[27] G. VanLier, C. VanAlsenoy, V. Vandoren, and P. Geerlings, “Ab Initio Study of the Elastic Properties of Single-Walled Carbon Nanotubes and Grapheme” Chem. Phys. Lett. 326, 181 (2000).
[28] T. Belytschko, S.P. Xiao, G.C. Schatz, and R.S. Ruoft, “Atomistic Simulations of Nanotube Fracture”, Phys. Rev. B 65, 235430 (2002).
[29] 吳奕箴, 碳奈米柱的結構和機械性質之分子動力學緊束法研究, 國立台灣大學物理所碩士論文(2002)
[30] D. Srivastava and S. T. Barnard, "Molecular Dynamics Simulation of Large Scale Carbon Nanotubes on a Shared Memory Architecture", Proc. SuperComputing 97, (1997).
[31] 謝志明, 單壁奈米碳管彈力性質之分子動力模擬, 國立台灣大學應用力學研究所碩士論文 (2005)
[32] D. Srivastava ,Chenyu Wei and Kyeongjae Cho, “Nanomechanics of Carbon nanotubes and composites”, Appl Mech Rev vol 56, no2, March 2003.
[33] Yoji Shibutani and Shigenobu Ogata, “Mechanical Integrity of Carbon Nanotubes for Bending and Torsion”, Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 12 (2004) 599–610.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top