《keV-MeV離子束與碳納米管相互作用的理論研究》是依託大連理工大學,由宋遠紅擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：keV-MeV離子束與碳納米管相互作用的理論研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：宋遠紅
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳納米管優異的結構特點和電學特性，促使人們一直試圖採用碳納米管控制和輸運帶電粒子束，實現納米量級的粒子束技術、離子注入技術和場發射技術。本項目將首次建立與碳納米管具體幾何結構和能帶特點有關的載能離子束與碳納米管相互作用的理論模型：所研究的離子能量在keV～MeV之間；根據碳納米管的具體半徑、長度和螺旋手征角等幾何特點，採用半經典的動力學模型和隨機相位近似介電回響模型相結合的方法，同時涵蓋碳納米管管壁電子的集體激發和單電子激發作用，研究管壁電子的動力學極化效應對離子輸運過程的影響；藉助於變分原理和Brandt-Kitagawa有效電荷態模型，確定動力學極化效應對離子電荷態的影響；利用分子動力學方法模擬離子與碳原子之間的二體碰撞過程。力求通過理論計算模擬帶電粒子在單壁、多壁碳納米管中的相互作用過程，為碳納米管粒子束技術的研究與實現提供理論依據。
結題摘要
納米材料具有獨特的電子、結構、力學、光學特性，直接涉及到電子、計算機、通訊、材料、生物醫藥、能源、環境等領域，是二十一世紀重要發展技術。特別是，碳納米管優異的結構特點和電學特性，促使人們一直試圖採用碳納米管控制和輸運帶電粒子束，實現納米量級的粒子束技術、離子注入技術和場發射技術。本項目首次建立與碳納米管具體幾何結構和能帶特點有關的載能離子束與碳納米管相互作用的理論模型：所研究的離子能量在keV～MeV 之間；根據碳納米管的具體半徑、長度和螺旋手征角等幾何特點，採用半經典的動力學模型和隨機相位近似介電回響模型相結合的方法，研究單、雙壁碳納米管管壁電子的動力學極化效應對離子輸運過程的影響；並利用分子動力學方法模擬離子與碳原子之間的相互作用過程。研究結果表明，由於涉及到每次碰撞時碳原子的具體排列情況，帶電粒子在碳納米管中的溝道過程變得複雜;在分子動力學模型中採用REBO勢，沿徑向呈現先吸引後排斥作用，溝道軌跡更接近於管壁，管壁對入射粒子的束縛作用變弱；溝道過程與帶電粒子入射位置、速度和角度密切相關。以上這些結論在國際相關報導中還沒有看到，將為碳納米管粒子束技術的研究與實現提供重要的理論依據。另外，根據近幾年納米技術迅速發展的需要，我們還相繼開展了帶電粒子與納米顆粒、納米線、二維量子電子氣相互作用的理論研究。考慮到納米尺度的量子效應影響，採用非線性量子流體動力學模型自洽求解和計算，與經典流體力學模型計算結果相比，我們發現，當離子速度大於幾個玻爾速度的時候，非線性效應將有效增加尾流電勢和阻止本領，量子效應對計算結果也都有重要影響。這些工作也為我們下一步將要開展的帶電粒子與碳納米管等微納材料相互作用的非線性效應研究打下了基礎。
