碳納米管封裝Si20團簇的熱穩(wěn)定性研究

李 敏，謝 晗，謝 泉

(貴州大學大數(shù)據(jù)與信息工程學院，貴陽 550025)

1 引 言

近年來，隨著對碳納米管(CNT)研究地不斷深入，為改善納米材料性能，向碳納米管內部填充如特定金屬[1]、有機物[2]和半導體[3]等納米材料的研究已成為熱點.崔曉峰等人用納米硫化鎘(CdS)填充碳納米管，利用碳納米管的高電子遷移率，提升CdS的光催化性[4].Tripisciano等人還用納米鐵磁材料填充碳納米管，提升了鐵磁材料的磁性和的抗氧化性[5].Singh等人利用從頭計算電子結構方法證明，用釷包覆富勒烯硅正十二面體，可以提升其穩(wěn)定性[6].類比該研究，可用表面異構的硅十二面體(Si20)填充碳納米管，以探究碳納米管對納米Si20穩(wěn)定性的影響.目前，關于Si20的微觀結構已得到明白地表征[7-9].

盧順順等人曾研究過[111]晶向硅納米線填充到碳納米管的熱穩(wěn)定性，但該研究沒有具體分析硅納米線的結構特征，也沒有針對特定Si20團簇結構進行研究[10].本文建立了多種管徑的“Si20@CNT”填充模型，利用經(jīng)典分子動力學的方法，針對不同管徑碳納米管填充Si20的復合結構進行了加熱融化的模擬，通過Ovito可視化軟件[11]顯示了“Si20@CNT”這種復合結構融化的演變過程，用能量和缺陷統(tǒng)計分析比較了有關此復合結構中Si20和碳納米管在不同管徑下的熱穩(wěn)定性.

2 模擬細節(jié)

扶手椅型單壁碳納米管(SWCNT)的手性矢量為(n，n)，本次研究建立n為13，15，17，19，21，23，25的碳納米管并分別用Si20納米團簇填充，在這里將復合結構簡記為Si20@CNT(n，n).每個單獨團簇為100個原子，一共700個Si原子，SWCNT都采用51個周期，長度12.5436 nm.Si20納米團簇……