Structural, electronic and magnetic properties of vacancies in single-walled carbon nanotubes
采用自旋密度泛函方法研究了单壁碳纳米管中单空位和双空位的稳定性和性质。我们研究了四个纳米管中的这些缺陷，扶手椅（6，6）和（8，8）以及锯齿形（10，0）和（14，0），它们的直径分别约为8和11 μ m。我们还研究了不同的缺陷浓度沿管轴增加超晶胞在这个方向上，以便有一个缺陷，每13和26纳米管长度。我们的研究结果表明，在平衡几何与单空位碳纳米管表现出铁磁性的磁矩范围从0.3到0.8 $μ_{\rm B}$。另一方面，具有双空位的碳纳米管由于缺陷周围的完全重构而不表现出磁性，其中所有C原子是三配位的。我们观察到，单空位的存在下并没有显着改变CNT的电子性质，保持其相应的金属或半导体字符。然而，对于双空位，扶手椅型和锯齿型CNT都成为呈现约0.15 eV的能隙的半导体。
2005-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation and cap formation on symmetric metal nanocatalysts: A first step towards chirality-controlled single-walled carbon nanotube growth
纳米催化剂的表面势能的对称极小值作为成核位点，用于在低温下手性选择性地初始生长单壁碳管。成核位置是吸附碳的最大配位数的位置。我们使用五重对称的一个五边形金字塔的二十面体。从成核位点开始的初始锯齿形结构导致六边形和五边形的形成，从而导致异常帽形成。讨论了可能的帽剥离机制。
2013-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and mechanical properties of Nitrogen doped (6,1) single walled carbon nanotube (SWCNT)from first-principles DFT and Molecular Dynamics approach
本文采用第一性原理和分子动力学模拟方法对氮掺杂的（6，1）单壁碳纳米管的电子和力学性质进行了研究。沿Z字形（zz）和扶手椅（ac）方向对SWCNT进行示意性N掺杂。扶手椅掺杂被认为是平行于管轴，而锯齿形是沿着垂直于管轴的横截面。在掺杂模式（zz和ac）中，我们观察到偶数N掺杂和奇数N掺杂的电子性质的变化。为了研究力学性能，我们采用从头算MD模拟。我们报告的拉伸响应的管上的掺杂剂浓度和掺杂图案的依赖性。单一N-掺杂的系统显示出增强的拉伸应力相比，原始的单壁碳纳米管的55%。而所有N掺杂体系的杨氏模量的变化几乎不变。
2021-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Effect of edge structures on elastic modulus and fracture of graphene nanoribbons under uniaxial tension
基于原子模拟，预测了单层石墨烯纳米带在准静态单轴拉伸下的非线性弹性性质，强调了边缘结构（扶手椅和锯齿形，无氢钝化和有氢钝化）的影响.原子模拟的结果解释热力学的理论框架内，这使得应变相关的边缘能量和氢吸附能的非线性函数的确定，锯齿形和扶手椅边缘。由于边缘效应的影响，石墨烯纳米带在无限小应变下的初始杨氏模量随边缘手性和带宽的变化而变化。此外，发现扶手椅型石墨烯纳米带的标称断裂应变比锯齿形带低得多。两种不同的断裂机制被确定，与锯齿形带和边缘控制的扶手椅带的非均质形核。氢钝化的边缘被发现有锯齿形石墨烯纳米带的机械性能的影响可以忽略不计，但其效果是更显着的扶手椅带。
2010-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantitative calculations of the excitonic energy spectra of semiconducting single-walled carbon nanotubes within a $π$-electron model
利用适合于$π$共轭聚合物（PCPs）的库仑相关参数和通过拟合三个锯齿形半导体单壁碳纳米管（S-SWCNT）的能谱而得到的最近邻跳跃积分，我们能够定量地确定29个S-SWCNT的激子能量和激子结合能，该半经验$π$电子哈密顿量已被广泛用于PCPs。我们的工作确立了PCP和S-SWCNT之间存在深刻和根本的关系。
2006-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Electroabsorption spectroscopy of single walled nanotubes
我们测量了悬浮在固体聚乙烯醇基质中的单壁纳米管（SWNT）样品的电场调制吸收。电吸收（EA）光谱大致遵循吸收相对于光子能量的一阶导数，与电场强度成二次比例，并且示出光偏振相对于所施加的电场方向的显著各向异性。这些发现表明二次斯塔克效应引起的激发态，这是常见的准一维（1D）激子在有机半导体的极化率的变化。EA光谱很好地描述了计算涉及Z字形和手性纳米管的模型哈密顿量中的电子-电子相互作用。我们已经计算了EA光谱的锯齿形和手性纳米管内的模型哈密顿量，包括电子-电子相互作用。计算再现了观察到的最低光学激子的二次斯塔克位移，以及对应于下一个更高激子的能量区域中的EA光谱的更复杂的行为。我们的研究结果表明，在半导体单壁碳纳米管的低位吸收带是激子的起源，在协议与瞬态光学测量，确定单壁碳纳米管的主要光激发作为准一维激子与大量的结合能。
2005-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Exciton resonances quench the photoluminescence of zigzag carbon nanotubes
我们发现，单壁碳纳米管的光致发光强度是强得多的大手性角管-扶手椅管-因为激子共振使锯齿形管的发光本质上弱。这种激子-激子共振取决于管的电子结构，并且在+1族的纳米管中更常见。扶手椅管不一定优先生长与目前的生长技术;他们只是有更强的发光。我们的分析允许归一化的光致发光强度，并发现在宏观样品中的纳米管手性的丰度。
2005-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Stability of and conduction in single-walled Si$_2$BN nanotubes
我们探讨的可能性和潜在的好处轧制成单壁纳米管（NT）的Si 2BN片。使用密度泛函理论（DFT），我们考虑了结构稳定性和对化学键和导电性质的影响。该结构类似于碳纳米管和六方氮化硼（hBN）纳米管，我们认为扶手椅和锯齿形Si 2BN配置具有不同的直径。这些Si $_2$ BN NTs的稳定性是通过第一性原理分子动力学计算，由excursion形成，声子谱中的虚模的情况下确认。此外，我们发现不同的半导体，从半金属到金属的性质的传导，反映在扶手椅/扶手椅型结构，曲率效应和量子限制的效果的差异。我们提出了详细的表征如何这些属性导致的差异，在这两个成键性质和电子结构
2022-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modeling and characterizing single-walled carbon nanotubes by pressure probe
我们比较了三种未封端的单壁碳纳米管在环境条件下和静水压力下的平衡结构中的键长、截面形状和体积模量的行为。数值计算结果表明，两个键长可以完全描述非手性单壁碳纳米管的结构，而手性单壁碳纳米管的结构只需要一个键长。在扶手椅型管中，一个键长大于石墨化值，而在锯齿型管中，一个键长为常数。这些键长对管半径非常敏感。在手性管中，键长的值被发现依赖于手性和轻微的管半径。这些键长的不同的响应被发现在施加压力。在某一临界压力下，非手性管中两个键长变得相等。关于纳米管的横截面形状和它的压力依赖性的分析也已经完成。发生从圆形到椭圆形的形状过渡。在这个转变，键长的行为被发现是不同的，并依赖于管的手性。手征角介于锯齿形和扶手椅形管之间的手征管具有最显著的手征效应。因此，我们表明，压力是一个有用的探针来表征各种碳纳米管。
2008-12-28 cond-mat.mtrl-sci
On a 2D hydro-mechanical lattice approach for modelling hydraulic fracture
提出了一种描述水力劈裂的二维格点方法。流体压力和机械响应的相互作用由Biot理论描述。将格构模型应用于厚壁圆筒的分析，导出了弹性响应的解析解。用格点模型得到的数值结果与解析解吻合得很好。在此基础上，将耦合格点法应用于厚壁圆筒的断裂分析。结果表明，所提出的晶格方法提供的结果是独立的网格尺寸。此外，观察到一个强大的几何尺寸效应的名义强度之间的解析推导的下限和上限。这种尺寸效应随着Biot系数的增大而减小。
2014-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Elasticity and piezoelectricity of zinc oxide crystals, single layers, and possible single-walled nanotubes
用第一性原理计算研究了氧化锌（ZnO）晶体和单层薄膜的弹性和压电性。结果表明，当ZnO薄膜层数少于3层时，ZnO薄膜更倾向于类石墨结构，而不是纤锌矿结构。ZnO单层的弹性比石墨单层的柔性大得多，压电性比氮化硼单层的强。单壁ZnO纳米管（SWZONTs）原则上可以存在，因为它们的负结合能。SWZONT的压电性取决于它们的手性。对于大多数氧化锌纳米管，除了锯齿型，扭曲周围的管轴将诱导轴向极化。提出了一种以碳纳米管为模板，通过固-气相法制备单壁碳纳米管的可能方案。
2006-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Joule heating and thermoelectric properties in short single-walled carbon nanotubes: electron-phonon interaction effect
在玻恩近似下，采用非平衡格林函数方法研究了单壁碳纳米管中的电子-声子相互作用（EPI）效应。着重研究了金属扶手椅型（10，10）管和半导体锯齿型（10，0）管中EPI引起的焦耳热现象和热电性能。对于金属（10，10）管中的焦耳热，击穿偏置电压的理论结果与实验值相当。结果表明，增大化学势可以显著提高焦耳热，而温度对焦耳热的影响不大。在锯齿形（10，0）管中，由于电子能带结构中的带隙不为零，焦耳热小于扶手椅管。对于电子电导$G_{e}$和电子热导$σ_{el}$，EPI在较高温度或较高化学势下有重要影响。与弹道输运相比，考虑EPI后，$G_{e}$随温度升高而减小的趋势相反。这是由于在这种情况下，电子声子散射机制在电子输运中的主导作用。在低温和高化学势的情况下，声子热导存在一个有趣的“电子拖曳”现象，电子通过EPI效应将声子从低温区拖曳到高温区。
2011-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Bond Lengths of Single-Walled Carbon Nanotubes
计算了单壁碳纳米管（SWNTs）的不同手性（扶手椅型、锯齿型和手性）的键长。我们使用修改后的螺旋和旋转对称性来描述单壁碳纳米管的结构和Tersoff势，以尽量减少这些管的能量。它出现，在一般情况下，需要两个键长获得最小的能量结构，在对比常用的一个键长。键长的差异取决于手性和非手性管的半径。值得注意的是，即使是一个小的偏离之字形或扶手椅字符导致有趣的行为的键长。直径的减小是造成非手性纳米管的键长不同的原因。我们还计算了静水压力下的键长。在压力下计算扶手椅型单壁纳米管的键长的行为表明，与较短的键长相比，较大的键长随压力减小得更快。在某个临界压力下（取决于管的半径），两个键长变得彼此相等，在该临界压力以上将它们的差反转。我们建议可以利用这种行为来实验确定碳纳米管的手性和半径，例如通过观察两种不同键长的典型模式的存在和消失。这种变化只发生在几个GPa的压力范围内。
2006-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Endohedral terthiophene in zigzag carbon nanotubes: Density functional calculations
采用密度泛函方法研究了三噻吩（T3）分子在锯齿形单壁碳纳米管（CNTs）中的包合和包覆。我们认为T3分子内的五个半导体碳纳米管的直径范围从9.6到12.7安。我们的研究结果表明，T3夹杂过程是放热的直径大于9.5埃的碳纳米管。最高的能量增益被发现是2 eV，随着CNT直径的增加而降低。这种显著的稳定效果归因于带正电荷的CNT内部空间，如由其曲率引起的，其能够容纳中性T3分子。T3@CNT系统的能带结构表明，T3在CNT内保持其电子身份，将它们的分子轨道叠加到空CNT能带结构上而没有杂化。我们的结果预言了T3分子所加入的电子态将引起光学效应和激发态的无辐射弛豫。
2006-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Controlling edge states of zigzag carbon nanotubes by the Aharonov-Bohm flux
理论上已知，在石墨带和碳纳米管的锯齿形边缘周围存在局域态，其能量本征值位于导带和价带之间。我们发现，在金属单壁锯齿形碳纳米管的两个本地化的状态成为关键，并且它们的本地化长度是敏感的平均曲率的管，可以控制的Aharonov-Bohm通量。曲率引起的微间隙通过相对弱的磁场闭合。在Aharonov-Bohm通量存在下的电导测量可以给出关于曲率效应和临界状态的信息。
2005-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic strength and failure behaviors of ultra-small single-walled carbon nanotubes
采用从头算密度泛函理论研究了直径为0.3-0.8 nm的单壁碳纳米管的内禀力学强度。与预测的纳米材料“更小更强更有弹性”相反，当减小管直径时，单壁碳纳米管的强度显著降低。结果表明，直径小于0.4 nm的超小尺寸单壁碳纳米管的杨氏模量E显著降低，这是由于其具有很大的曲率效应，而对于大管，杨氏模量E为常数，约为1.0 TPa，与直径和手性指数无关。我们发现，泊松比，理想强度和理想应变依赖于直径和手征指数。此外，E与理想强度之间的关系表明，Griffith的脆性断裂估计可以在最小的（2，2）纳米管中断裂，断裂强度为E的15%。我们的研究结果提供了重要的见解，其曲率效应下的超小单壁碳纳米管的内在力学行为。
2016-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Three-Dimensional Continuous Multi-Walled Carbon Nanotubes Network-Toughened Diamond Composite
本研究提出外在增韧策略，通过构建三维连续多壁碳纳米管网络异质结构，在保持金刚石高硬度的同时，将断裂韧性提升至合成金刚石的六倍，为超硬材料增韧提供新范式。
2025-08-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.app-ph
Graphene and its elemental analogue: A molecular dynamics view of fracture phenomenon
石墨烯和一些类似石墨烯的二维材料;六方氮化硼（hBN）和硅具有独特的机械性能，这严重限制了用于普通脆性和韧性材料的传统理论预测这些材料的断裂响应的适用性。利用LAMMPS进行分子动力学模拟，揭示了石墨烯、六方氮化硼和硅烯纳米片在不同微裂纹长度下的断裂响应。这些大面积二维材料的有效强度由其断裂韧性决定。我们的研究对石墨烯的元素类似物的机械性能进行了比较分析，并表明hBN在机械性能方面可以成为石墨烯的良好替代品。我们还发现，预裂纹板以脆性方式破坏，其破坏是由裂纹尖端原子键的强度。断裂韧性的MD预测显示显着的差异与由格里菲斯的脆性破坏理论，限制了这些材料的纳米裂纹的情况下，格里菲斯的准则的适用性确定的断裂韧性。此外，在扶手椅和锯齿形方向上测量的这些材料的纳米片的强度暗示扶手椅方向上的键具有比锯齿形方向更强的抵抗裂纹扩展的能力。
2017-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature Dependent Failure of Atomically Thin MoTe2
本文通过 MD 模拟研究单层 2H-MoTe2 沿不同晶向的拉伸、裂纹扩展及温度相关断裂性能，给出了 10 K 与 600 K 下的断裂强度和应变数据。
2024-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Engineered Defects to Modulate Fracture Strength of Single Layer MoS2: An Atomistic Study
我们使用经典的分子动力学（MD）模拟研究预裂纹，纳米多孔单层二硫化钼（SLMoS2）的力学性能和裂纹和孔之间的相互作用的影响。我们发现，预裂纹和纳米多孔SLMoS2的失效是以脆性断裂为主。扶手椅方向的粘结比锯齿方向的粘结具有更强的抗裂纹扩展能力。我们将Griffith预测的脆性失效与MD断裂强度和韧性进行了比较，发现在纳米裂纹和孔隙的情况下，Griffith准则对SLMoS2的适用性受到限制。接下来，我们证明了预开裂SLMoS2的机械性能可以通过对称放置的孔和辅助裂纹周围的中心裂纹和位置，可以优化这种安排的强度的最大增强。这样的研究将有助于基于应变工程的SLMoS2和其他类似的过渡金属二硫属化物的先进设计。
2020-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Properties of TiO$_2$ Nanotubes
模拟了由TiO $_2$（二相）[101]面轧制形成的准一维（1D）TiO纳米结构--单壁纳米管，并利用紧束缚带理论研究了它们的电子性质和键级指数。我们发现，所有的锯齿形（n，0）和扶手椅（n，n）的纳米管是均匀的半导体，和带隙的趋势消失，随着管径减小。结果表明，当纳米管直径大于1 nm时，更容易形成锯齿形（n，0）纳米管结构。TiO $_2$管中的Ti-O共价键是最强的相互作用，而Ti-Ti键则弱得多。
2002-11-20 cond-mat.mtrl-sci
A nonequilibrium Green's function study of thermoelectric properties in single-walled carbon nanotubes
采用非平衡格林函数方法研究了单壁碳纳米管（SWCNT）中的声子和电子输运。在含有$mod(n,3)\not=0$的锯齿形单壁碳纳米管（$n$，0）中，热导主要由声子输运引起，而电子的贡献很小.在这种类型的SWCNT中，品质因数（$ZT$）的最大值为约0.2。由于塞贝克系数增强，较窄的SWCNT中的$ZT$要大得多。$ZT$在扶手椅型SWCNT中较小，其中塞贝克系数由于零带隙而较小。研究发现，原子团簇同位素掺杂能明显降低声子热导，提高$ZT$值。单轴拉伸和压缩应变在整个频率范围内抑制声子，导致声子热导在整个温度范围内减小。有趣的是，拉伸应变对声子输运的影响比压缩应变更严重，因为在拉伸应变$ε>0.05$下，高频$G$模式被完全滤除。应变对电子能带结构的子带边缘也有重要影响，使电子透射函数中的阶跃平滑。由于电子电导的降低克服了热导的降低，因此应变使$ZT$降低。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Meshless simulation for thermo-mechanical properties of single-walled carbon nanotubes based on the thermal-related higher order Cauchy-Born rule
本文基于热相关准连续本构模型，建立了一个温度相关的无网格数值框架，用于预测有限温度下单壁碳纳米管（SWCNTs）的热机械性能。扩展的高阶Cauchy-Born（THCB）规则包含二阶形变梯度，将原子系统键矢的形变与连续介质键矢的形变联系起来，可以方便地捕捉碳纳米管的曲率效应。采用亥姆霍兹自由能来考虑SWCNT的热效应。在该理论的无网格数值实现中，仅以节点位移参数为优化变量，采用牛顿迭代法求解了单壁碳纳米管在给定温度下大变形时的平衡构型。测试了扶手椅型和锯齿型单壁碳纳米管在轴向压缩和扭转条件下的有限变形行为。结果表明，即使使用较少的无网格节点，模拟结果与分子动力学方法得到的结果也吻合得很好。
2011-06-23 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Bonding Nature, Structural Optimization, and Energetics studies of SiC Graphitic-Like layer Structures and Single/Double Walled Nanotubes
SiC类石墨结构的结构优化和能量学研究已在理论上研究的背景下形成稳定的类石墨层结构，单壁和多壁纳米管使用基于DFT的维也纳ab-inito模拟包。原子的成键性质的优化结构已被检查使用本地分析技术的基础上自洽和环境依赖的半经验哈密顿量。我们的研究结果表明，稳定的SiC类石墨层结构具有sp2键的性质，从sp3键的性质在块状SiC不同。Si和C原子之间的键合构型的这种灵活性保持了宽范围的稳定SiC基结构的可能性，类似于碳基结构的那些。在SiC基纳米管的情况下，我们已经计算了诸如应变能、圆柱壳中的屈曲度以及Si和C原子之间的键电荷等量，以获得对优化结构的理解。SiC类石墨多层片的最佳层间距已被发现取决于SiC类石墨结构的不同层中的原子的排序（双层排列的Si-C序列为0.37 nm，双层排列的Si-Si或C-C序列为0.48 nm）。这些观察结果可能归因于电荷在Si和C原子之间重新分布引起的库仑相互作用。另一方面，在SiC双壁纳米管中存在两个不同范围的层间间距（锯齿形为0.38 nm，扶手椅形为0.48 nm），这与主要的层间邻居是Si-C型还是Si-Si和C-C型有关。
2009-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field modelling for fatigue crack growth under laser-shock-peening-induced residual stresses
对于薄壁构件的疲劳寿命，不仅疲劳裂纹的萌生，而且裂纹的扩展是决定性的。相场法是模拟任意裂纹现象的有力工具。近年来，它已被应用于疲劳断裂。这些模型提出了一种替代经典的疲劳寿命估计的机械方法。在本文的第一部分中，相场疲劳模型的参数进行了校准，并将其预测结果与铝板材料的疲劳裂纹扩展实验的结果进行了比较。在第二部分中，利用激光冲击强化技术在零件中引入残余压应力。结果表明，这些残余应力通过延缓和加速裂纹的扩展而影响裂纹的扩展速率。为了研究这些疲劳机制的数值，一个简单的策略，将残余应力相场疲劳模型，并与实验测试。研究表明，该方法可以再现残余应力对裂纹扩展速率的影响。
2021-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Structural Trends Interpretation of the Metal-to-Semiconductor Transition in Deformed Carbon Nanotubes
通过一个简单的紧束缚模型，从理论上分析了单壁碳纳米管中驱动金属-半导体转变的两种机制。通过考虑简单的结构趋势，结果表明，金属到半导体的转变，可以更容易地诱导在金属锯齿形纳米管比扶手椅型纳米管。此外，它表明，这两种机制的效果，使两个原来等价的子晶格物理上可区分的。
2004-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Chiral-Dependent Tensile Mechanics of Graphene
我们报道了石墨烯拉伸力学的分子动力学研究，将拉伸方向从扶手椅方向逐渐旋转到锯齿方向，覆盖了迄今为止从未探索过的手性方向的完整范围。我们观察到单调增加的拉伸强度和应变的手性（旋转）角的增加。关键特征是它们的手征角高达~12°的变化可以忽略不计，并且随后迅速增加，并且这种模式适用于这里检查的所有温度（100-700 K）。考虑到石墨烯的拓扑一致性（断裂线）断裂，我们提出了一个统一的断裂模型，成功地再现了模拟结果，并解释了它们的物理起源。值得注意的是，我们发现，石墨烯的弹性应力是准各向同性的所有手性方向相反，其各向异性的断裂行为。通过石墨烯的压痕模拟，我们证明了我们在单轴（1D）拉伸系统中建立的理论基础也适用于2D拉伸系统。
2013-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Interatomic Potential Choice on Fracture Modes of Graphene with Parallel Cracks
Pukyong National University（釜庆国立大学）；Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；Universidade Estadual de Campinas（坎皮纳斯州立大学）
研究原子间势能对含平行裂纹石墨烯断裂模式的影响，发现AIREBO势能预测峰值应力更低，导致能量吸收减少，凸显势能选择的重要性。
2026-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vapor-solid-solid growth of single-walled carbon nanotubes
Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM), Institute for Basic Science (IBS)（多维碳材料中心，基础科学研究所）
研究揭示了单壁碳纳米管气-固-固生长的原子机制，表明其扩散受限并受表面碳传输和面重构调控，强调了温度和碳供应的严格控制需求。
2026-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Second-harmonic generation and linear electro-optical coefficients of SiC polytypes and nanotubes
用第一性原理计算了大量单壁锯齿形、扶手椅形和手性SiC纳米管（SiC-NTs）、体SiC多型体（2 H-、4 H-、6 H-和3C-SiC）和单层石墨SiC片的二阶非线性光学极化率（$χ_{abc}^{(2)}$）和线性电光系数（$r_{abc}$）。计算基于局域密度近似下的密度泛函理论，采用高精度的全势投影缀加波方法。锯齿形和手性SiC-NTs都表现出很大的二阶非线性光学行为，其$χ_{abc}^{(2)}$和$r_{abc}$系数比体相SiC多型体大10倍，比相应的BN-NTs大13倍，表明SiC-NTs是一种很有前途的非线性光学和光电应用材料. SiC-NTs的$χ_{abc}^{(2)}(-2ω,ω,ω)$光谱中的共振特征与线性光学介电函数$ε(ω)$中的特征在单光子和双光子共振方面相关。
2008-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Twisting Carbon Nanotubes: A Molecular Dynamics Study
我们用原子分子动力学方法模拟了碳纳米管的扭曲。计算了不同几何形状纳米管的单位长度的极限扭转角和变形能。结果表明，大管较难扭转，而小管具有较高的极限扭转比。对于多壁纳米管，锯齿形管比扶手椅形管能够承受更大的变形。我们观察了扭转过程中的表面变化。在断裂之前观察到结构缺陷的形成。
2009-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A new lower limit for the bond breaking strains of defect-free carbon nanotubes: Tight binding MD simulation study
应用有序（N）紧束缚分子动力学（TBMD）算法模拟了短（2-2.5 nm）扶手椅型和锯齿型单壁碳纳米管（SWCNTs）的拉伸伸长，没有键断裂或缺陷形成。模拟在高温下重复进行。我们将断裂应变的下限固定为短的SWCNT而没有键断裂或5-7个缺陷形成。在室温下，模拟的（4，4）SWCNT能够承载高达松弛管长度的130%的应变，而没有键断裂或5-7个缺陷形成。该值对于（11，0）SWCNT为127%，对于（17，0）SWCNT为125%，对于（10，10）SWCNT为123%。在无缺陷的短纳米管中，随着纳米管半径的增加，键断裂发生在较低的应变值下，而不管它们的手性如何。当我们把管子加热到更高的温度时，这是真的。键断裂应变值，拉伸强度，杨氏模量的单壁碳纳米管作为温度的函数。无缺陷的锯齿形纳米管具有更高的拉伸强度比扶手的。在弹性限度范围内，无缺陷单壁纳米管的杨氏模量在0.400 TPa左右。在室温和实验可实现的应变值，较薄的管更耐键断裂和锯齿形管扶手椅的。在高温下，虽然抗应变能力下降，但同样的趋势仍然存在。我们观察到随着温度的升高，拉伸强度略有下降。在杨氏模量中也观察到相同的趋势。结果在确定单壁碳纳米管的真实断裂应变方面是重要的。
2013-01-13 cond-mat.mtrl-sci
A new multiscale modeling approach to unravel the influence of interlayer sp3 bonds on the nonlinear large-deformation and fracture behaviors of 2D carbon nanostructures under tension
Ludong University（鲁东大学）
本文提出了一种多尺度建模方法，用于研究二维碳纳米结构在拉伸下的非线性大变形和断裂行为，揭示层间sp3键对其性能的影响。
2025-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of randomly occurring Stone-Wales defects on mechanical properties of carbon nanotubes using atomistic simulation
虽然发现CNT具有超高的刚度和强度，但在可用的实验室结果中也观察到巨大的分散。采用原子模拟技术研究了随机分布的Stone Wales（SW或5 7 7 5）缺陷对单壁纳米管（SWNTs）力学性能的影响。在有限长圆柱表面上施加Matern硬核随机场，描述了Stone Wales缺陷的空间分布。我们模拟了一组位移控制的拉伸载荷与（6，6）扶手椅和（10，0）锯齿形配置和纵横比约为6的单壁碳纳米管断裂。采用修正的Morse势来模拟原子间的相互作用力。我们发现，如果存在缺陷，断裂总是从缺陷开始;对于无缺陷的管，裂纹在相当随机的位置开始。力-位移曲线通常表现为几乎线性直到大约一半，尽管没有明显的屈服点。三个力学性能-刚度，极限强度和极限应变-计算从模拟的力和位移时程。在室温下，仅由初始速度分布引起的力学行为的随机性被发现是微不足道的。钢管的刚度、极限强度和极限应变的平均值随缺陷平均数的增加而减小，但变异系数并不呈单调变化趋势。当管最初没有缺陷时，引入额外的缺陷对机械性能的随机性具有最显著的影响。我们还发现，对于一个给定的平均缺陷数的管，锯齿形配置具有较小的强度和较小的平均极限应变，但更多的不确定性，在其刚度和极限应变，与扶手椅管相比。
2015-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Broken Symmetry Approach and Chemical Susceptibility of Carbon Nanotubes
构成一部分的奇数电子被排除在共价键之外，有效的未成对电子是由单决定簇破缺的自旋对称非限制性Hartree-Fock（UBS HF）SCF溶液的单重态不稳定性造成的。UBS HF解提供了有效未成对电子总数ND及其在每个原子上的分数NDA的正确测定。NDA值是原子化学敏感性（或等效的反应性）的量化指标，因此突出了对任何类型的加成反应最有利的目标。该方法说明了两个家庭，涉及片段的扶手椅（n，n）和锯齿形（m，0）单壁纳米管的长度和末端结构不同。短管和长管以及具有加盖端和开口端的管，在后一种情况下，氢气终止和空管都被考虑。提出了任意长度圆管的定量描述算法。
2009-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Selective adsorption of first-row atoms on boron nitride nanotubes: the effect of localized states
第一性原理计算揭示了具有不同电负性的第一行原子如锂（Li）、碳（C）和氟（F）在锯齿形单壁氮化硼纳米管（BNNT）上的吸附表现出令人惊讶的选择性。吸附能和吸附位置取决于被吸附物相对于宿主管中的B和N原子的化学活性。详细地说，F原子倾向于吸附在B原子的顶部，C原子在能量上有利于留在垂直于管轴的桥位上，而Li原子几乎不粘附到管上（吸热反应）。根据前线分子轨道理论，阐明了这三类元素在BNNTs上的吸附行为。此外，还探讨了吸附改性BNNTs电子结构的机理，并提出了一种可行的方法来定制BNNTs的电子性质。
2005-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Simulations of the Mechanical Properties of 'Super' Carbon Nanotubes
利用经典的分子动力学模拟研究了所谓的“超级”碳纳米管（ST）的力学性能。ST是由单壁碳纳米管（SWCNT）通过Y型接头连接而成，形成有序的碳纳米管网络，然后卷成无缝圆柱体。我们观察到，拉伸试验下的ST行为类似于渔网。这种有趣的行为提供了一种通过施加外部机械载荷来改变ST内部可达通道的方法。杨氏模量取决于ST手性，并且它与ST半径成反比。较小的减少断裂应变值，由于温度的增加，预测锯齿形ST相比，单壁碳纳米管。结果表明，对于半径约为5 nm的ST，组成单壁碳纳米管之间的连接起着重要的作用，断裂过程。的杨氏模量和拉伸强度估计分层高阶ST使用相关的ST分形维数的标度律。所获得的机械性能表明，ST可用于开发新的多孔，灵活，高强度材料。
2007-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the thermal transport properties of Biphenylene nanotubes: A molecular dynamics study
本文通过反向非平衡分子动力学模拟研究联苯烯纳米管的热输运性质，发现其室温晶格热导率比单壁碳纳米管低至少一个数量级，并系统分析了长度、直径和温度的影响及声子机制。
2025-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Role of contact bonding on electronic transport in metal-carbon nanotube-metal systems
我们研究了界面键的排列对金属-纳米管-金属体系电子输运特性的影响。采用非平衡Green泛函方法，结合紧束缚和扩展Huckel哈密顿量，计算了有限长无缺陷扶手椅型和锯齿型单壁碳纳米管与Au（111）金属接触的输运性质.我们的计算表明，电极材料不是唯一的因素，规则的接触透明度。事实上，对于相同的电极，但改变纳米管螺旋度，我们已经观察到由于频带混合和干扰的透射光谱的整体复杂的行为。这两种模型的比较表明，紧结合的方法不能给出一个令人满意的表示时，C-C和Au-C化学键的更准确的描述被认为是一个令人满意的传输函数。我们还研究了界面几何形状变化对导电的影响，发现接触纳米管的距离有显着的影响，而接触纳米管的对称性起着边缘，但明显的作用。
2006-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene nanoribbons from unzipped carbon nanotubes: atomic structures, Raman spectroscopy and electrical properties
我们研究了超声化学解链多壁碳纳米管（MWNTs）得到的单个石墨烯纳米带（GNRs，宽度~10-30 nm）的原子结构、拉曼光谱和电输运性质。像差校正的透射电子显微镜（TEM）显示了高比例的两层（2L）GNRs和一些单层带。层-层堆叠角范围为0 °至30 °，包括接近30 °（扶手椅取向）或0 °（锯齿取向）的平均手性角。观察到大部分GNR具有弯曲且光滑的边缘，而其余GNR显示出平坦且不太光滑的边缘（粗糙度\leq 1 nm）。偏振拉曼光谱探测各个GNR以揭示D/G比率和在平行和垂直激光激发偏振（D/D \bot）下的D带强度比率。所观察到的光谱趋势被用来推断GNRs的平均手性角和边缘平滑度。电输运和拉曼测量进行了单独的带状GNRs相关的光谱和电学性质。
2011-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edge effects in finite elongated carbon nanotubes
研究了有限尺寸效应对长锯齿形和扶手椅形碳纳米管电子结构的重要性。我们分析了封端的（6，6），（8，0）和（9，0）单壁碳纳米管的电子结构作为其长度的函数，最多60 nm，使用分而治之的密度泛函理论的方法。对于所研究的金属纳米管，在40 nm的长度处恢复了无限碳纳米管的态密度中出现的大部分物理特征。所研究的（8，0）半导体纳米管在能隙内表现出明显的边缘效应，该边缘效应与纳米管的长度成反比。结果，能隙从针对周期系统计算的~1 eV的值减小到针对加帽的62 nm长CNT计算的~ 0.25eV的值。这些边缘效应预期仅在管长度超过6微米时变得可忽略不计。我们的研究结果表明，仔细剪裁的性质的系统和它的盖帽单位时，应适用于设计新的纳米电子器件的基础上碳纳米管。这些结论预计将适用于其他一维系统，如石墨烯纳米带，导电聚合物和DNA分子。
2006-09-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
pH-Responsive Glyphosate Adsorption on Hydroxylated Carbon Nanotubes: From Electronic Structure to Molecular Dynamics
Universidade Federal de Alfenas - UNIFAL-MG（阿尔芬纳斯联邦大学）；Instituto de Ciências Exatas - ICEx（理学院）；Laboratório de Modelagem Computacional - La Model（计算建模实验室）；Institute of Science and Tecnology - ICT（科学技术研究所）
研究通过计算方法探讨羟基化碳纳米管对草甘膦的吸附机制，揭示其在环境修复中的应用潜力。
2025-11-05 cond-mat.mtrl-sci
