缺陷及预应变对双壁碳纳米管振荡器的影响

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碳纳米管(CNTs)自发现以来就以其良好的力学和电学性能受到了广泛的关注。研究者们利用双壁碳纳米管(DWCNTs)之间超润滑的特性,将其运用在振荡器上,制造频率超过GHz的机械振荡器。本文以DWCNTs为研究对象,使用分子动力学(Molecular Dynamics,MD)方法研究缺陷及预应变对DWCNTs振荡器性能的影响。研究的内容和主要结论如下:(1)首先,本文在DWCNTs模型上分别对其内外管引入空位缺陷,分析了空位缺陷的数量、位置分布和排列方式对DWCNTs振荡器性能的影响。研究结果表明:当空位缺陷分布在DWCNTs的内管上时,随着空位缺陷的增加,振幅衰减加快,品质因子(Q-factor,Q值)减小,振荡频率升高,主要原因是空位缺陷改变了DWCNTs层间的范德华势(VDW Potential)的分布以及振荡过程中发生的偏心摇摆振荡使得能量衰减加快;当空位缺陷分布在DWCNTs的外管上时,在一定的数量范围内,空位缺陷对Q值的影响并不是特别大。(2)其次,在公度DWCNTs振荡器振荡前,预先对其内管或外管施加预应变,分析室温下预应变对其振荡性能的影响。研究结果表明:在室温下,当公度DWCNTs振荡器受到拉伸应变时,随着拉伸应变的增加,公度DWCNTs振荡器的能量耗散会加快,从而导致振幅衰减越来越快,其性能越来越差;当公度DWCNTs振荡器受到压缩预应变时,随着压缩应变的增加,公度DWCNTs振荡器的振幅衰减同样也越来越快,其性能也越来越差,而在无预应变的时候其振荡性能最稳定。因此,在室温下生产组装公度DWCNTs振荡器时,应该尽可能消除预应变,从而降低对其性能的影响。(3)最后,在非公度DWCNTs振荡器振荡前,预先对内管或外管施加应变,研究不同温度下预应变对非公度DWCNTs振荡器性能的影响。研究结果表明:在低温下,当振荡前对非公度DWCNTs振荡器施加预应变时,在小应变阶段,预应变能提高非公度DWCNTs振荡器的Q值,改善振荡器的稳定性,随着应变的继续增加,Q值又会逐渐下降。随着温度的升高,预应变对非公度DWCNTs振荡器的改善效果越来越来弱,直到破坏振荡器的稳定性。
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