碳纳米管热传导的分子动力学模拟研究!-物理学报.PDF

第 卷 第 期 年 月 物 理 学 报 ’’ # $$( # ， ， ， P2? 3’’ O2 3# Q0?R $$( （ ） !$$$.)$5$$(5’’ $# 5)’’.$( HIEH JKLMNIH MNONIH !$$( IS- 3 JSRF 3 M2: 3 碳纳米管热传导的分子动力学模拟研究! ）） ） 保文星! 朱长纯! !）（西安交通大学电子与信息工程学院，西安 #!$$% ） ）（西北第二民族学院计算机系，银川 #’$$!） （ 年 月 日收到； 年 月 日收到修改稿） $$’ !$ % $$( ! !) 采用改进的经验键序作用势描述碳原子间的相互作用，应用分子动力学方法和*+,,-./012 函数计算了碳纳米 管的热导率 在模拟中，使用了重叠计算的方法来计算热流相关函数，大大减少了模拟步数 计算结果表明，碳纳米 3 3 管的热导率以原子间作用力相互做功所引起的热流形式为主；热导率的值随着直径的增加而减小；在室温下，热导 率的值随着温度的增加而增加，达到室温后逐渐收敛于定值3 计算的单壁碳纳米管热导率在 !$$$456/ 至%$$$45 6/ 之间，计算结果与实验结果基本符合3 关键词：分子动力学，碳纳米管，热导率 ： ， !## (!7’ (!%7 导特性，关键在于选取合适的原子间相互作用的势 !8 引 言 函数模型，势函数模型准确，就可以用来模拟碳纳米 管的性质3 因此，对于实验难以测量的碳纳米管的热 碳纳米管作为一种新材料，自从 !! 发现以 传导性质，分子动力学方法是一种较好的选择3 ［］ 来，就备受关注! 3 研究表明，碳纳米管具有优良的 本文采用分子动力学方法，结合改进的经验键 力学、电学特性，优异的导热特性和热稳定特性，在 序作用（ ， ）势，使用 +,9:;=, ,6+:9? 12-@ 2+@,+ ABCD )$$$ / 高温情况下，碳纳米管的结构只有很小的变 *+,,-./012 函数计算了碳纳米管和石墨的热导率3 ［— ］ 形，其拓扑结构并没有改变 ’ 3 然而，对于碳纳米 研究了碳纳米管的热导率与碳管长度、直径及温度 管的热导率，各种方法计算得到的结果差异很大，其 的关系，从而为实验研究提供了参考3 ［，，］ 值范围在 ! 到 % 之间 ( # 碳纳米管 !$ 456/ !$ 456/ 3 是由单层或多层石墨卷曲而成的结构，由于在室温