基于单壁碳纳米管的纳米多孔能量吸收系统研究.pdfVIP

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘 要 纳米多孔能量吸收系统（NEAS ）具有远高于传统材料的吸能密度，并且可以 循环使用，在缓冲保护领域具有广泛的应用前景。比表面积极大的单壁碳纳米管 (SWNT)可以作为NEAS 的固相纳米多孔介质，被切割后的单壁碳纳米管端口含有 悬空键，需要结合官能团维持其结构的稳定，官能团也改变了端口的流通特性。本 文采用分子动力学模拟的方法，研究了准静态下单壁碳纳米管端口或内壁亲水性 官能团对水分子渗入管内的临界渗入压强以及渗出行为的影响。 在SWNT 端口添加不同数量的氢原子和羧基，研究了水分子从改性端口渗入 到纳米管内部的临界渗入压强。结果表明端口添加氢原子的SWNT 具有最低的临 界渗入压强；随着羧基数量的增加，水分子渗入的临界渗入压强上升。继而探究了 较短的羰基和羟基的影响，发现两者都不利于水分子的渗入，提升了临界渗入压强。 在SWNT 内壁添加含氧官能团研究其对水分子渗入的影响。结果表明内壁羧 基，羰基或羟基数量的增加导致水分子临界渗入压强上升，且羧基因为链长最长阻 碍作用最明显；在内壁面含有较多的含氧官能团的情况下，水分子的渗入被阻断。 碳基距离改性端口越远，水分子渗入管内的临界渗入压强越大。 研究了端口或者内壁添加含氧官能团的SWNT 内水分子的渗出过程。结果表 明(10,10)SWNT 端口的羧基数量不少于 5 个的时候，水分子可以渗出来，羰基和 羟基不能促进水分子的渗出；位于内壁面的含氧官能团阻碍了水分子的渗出，当且 仅有两个羰基时，水分子可以渗出来。基于SWNT-HxCOOH 的NEAS 具有高达10 J/g 的单次能量吸收密度，可以循环使用的NEAS 在其生命周期内能量吸收密度高 达20 J/g 。 关键词：单壁碳纳米管，官能团，分子动力学，临界渗入压强，能量吸收 I 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 ABSTRACT NEAS has a much higher energy absorption density than conventional materials and it is reusable, therefore, it is promising in the damping and protection field. Single-walled carbon nanotube(SWNT) with large specific surface area can be used as the nanoporous media in NEAS. After being cut, the single-walled carbon nanotubes have suspended bonds and need to combine functional groups to maintain the stable structure. Meanwhile ， the functional groups change the flow characteristics in the port. Molecular dynamics simulation is undertaken to study the effect of hydrophilic functional groups added to the port or inner wall of the single-walled carbon nanotubes on the infiltration pressure and behavior of water under quasi-static situation. The infiltration pressure of water infiltration from different modified ports is calculated as the SWN