Novel Nanoscroll Structures from Carbon Nitride Layers
纳米卷由卷成纸草状的薄片组成。它们的开口端产生很大的径向灵活性，可用于从致动器到储氢的各种应用。它们已经成功地由不同的材料合成，包括碳和氮化硼。在这项工作中，我们研究了，通过完全原子分子动力学模拟，一系列的石墨烯类碳氮化物（CN）的二维系统的涡卷形成的动力学：g-CN，三嗪基（g-C3 N4），和庚嗪基（g-C3 N4）。氮化碳（CN）结构自被预测为超硬材料以来一直受到人们的关注。最近，已经合成了具有不同化学计量和形貌的石墨烯状氮化碳（g-CN）结构。通过将这些独特的CN特性与纳米卷固有的结构特性相结合，可以形成具有非常有吸引力的机械和电子特性的新纳米结构。我们的研究结果表明，稳定的纳米卷可以形成所有的CN结构，我们在这里研究。由于CN片已经合成，这些新的滚动结构是完全可行的，并且在我们目前的技术范围内。
2015-02-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast nano-oscillators based on interlayer-bridged carbon nanoscrolls
我们展示了一种可行的方法来制造超快轴向纳米振荡器的基础上碳纳米卷（CNSs）使用分子动力学模拟。由单壁碳纳米管（CNT）引发，单层石墨烯可以连续滚动到CNS中，CNT容纳在CNS中。CNS内部的CNT可以在10 s GHz的固有频率下沿轴向方向振荡。我们证明了一种有效的策略，以减少耗散的CNS为基础的纳米振荡器通过共价桥接的碳层在CNS。我们进一步证明，这种基于CNS的纳米振荡器可以被外部交流电场激励和驱动，并在超过100 GHz的振荡。基于CNS的纳米振荡器不仅提供了通向超快纳米器件的可行途径，而且还有望实现纳米级能量转换、利用和存储（例如，从电动到机械）。
2011-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large positive magnetoconductance in carbon nanoscrolls
本文理论证明碳纳米卷在轴向磁场下呈现约200%的大正磁电导，源于磁场诱导的零能模，且无序下仍保持甚至增强，确立了弯曲石墨烯作为磁阻材料平台。
2025-03-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structure and Dynamics of Boron Nitride Nanoscrolls
碳纳米卷（CNSs）是通过将石墨烯层卷成纸莎草状而形成的结构。CNN已经由不同的小组实验性地产生。氮化硼纳米卷（BNNSs）是使用氮化硼代替石墨烯层的类似结构。在这项工作中，我们报告的BNNS形成的结构和动力学方面的分子力学和分子动力学的结果。与CNS类似，BNNS的形成主要由两个主要的能量贡献主导，即弹性能量的增加和由于轧制层的重叠表面的范德华相互作用而导致的能量增益。扶手椅型涡卷是最稳定的结构，而锯齿型涡卷是可以热转化为扶手椅型的亚稳定结构。手性涡卷是不稳定的，并且倾向于根据其初始几何形状而演变成锯齿形或扶手椅形构型。还讨论了制备BNNSs的可能的实验路线。
2009-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Structural and Thermal Stability of Graphyne and Graphdiyne Nanoscroll Structures
石墨烯和石墨二炔是二维碳同素异形体家族的通用名称，其中炔属基团连接类苯六方环，同时存在sp和sp2杂化碳原子。石墨炔和石墨二炔之间的主要区别是炔属基团的数目（石墨炔和石墨二炔分别为一个和两个）。类似于石墨烯纳米卷，石墨炔和石墨二炔纳米卷是卷起成纸莎草状结构的纳米尺寸的膜。在这项工作中，我们研究了通过完全原子反应分子动力学模拟的结构和热（高达1000 K）的稳定性的α，β，γ-graphyne和α，β，γ-graphdiyne涡卷。我们的研究结果表明，稳定的nanoscrolls可以形成这里研究的所有结构，虽然它们是不稳定的比相应的石墨烯卷轴。这可以被解释为相对于石墨烯更高的石墨炔/石墨二炔结构孔隙率的结果，这导致降低的π-π堆叠相互作用。
2018-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamical Formation of Graphene and Graphane Nanoscrolls
University of Brasília（巴西利亚大学）；University of Campinas（坎皮纳斯大学）；Federal Institute of Education, Science and Technology of Piauí（皮奥伊联邦教育、科学和技术学院）
本研究通过分子动力学模拟探究氢化与温度对碳纳米带自卷曲形成碳纳米卷的影响，对比三种含石墨烯、石墨烷与碳纳米管的构型，明确了不同构型下纳米卷形成的温度范围差异。
2021-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Reactive Molecular Dynamics Study on the Mechanical Properties of a Recently Synthesized Amorphous Carbon Monolayer Converted into a Nanotube/Nanoscroll
University of Brasília（巴西利亚大学）；University of Campinas（坎皮纳斯大学）
本研究通过反应分子动力学模拟，对比了本征与无定形碳纳米管、纳米卷的力学性能和热稳定性，揭示了结构无序对其力学行为和拓扑作用的影响规律。
2020-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Robust and tunable oxide nanoscrolls for solar-driven H$_2$ generation and storage
本研究评估了五种直接由二硫属化物前驱体形成的氧化物纳米卷材料，通过激发态理论与从头算分子动力学模拟，证实其具备适用于太阳能驱动光催化 H$_2$ 生产与存储的电子特性及缺陷环境下的氢捕获能力。
2025-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Tuning the topological winding number by rolling up graphene
National Cheng Kung University（国立成功大学）；Center for Quantum Frontiers of Research and Technology (QFort), National Cheng Kung University（国立成功大学量子前沿研究与技术中心）；Institute for Theoretical Solid State Physics, IFW Dresden（德累斯顿亥姆霍兹研究所理论固态物理研究所）；Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ct.qmat（维尔茨堡-德累斯顿卓越集群 ct.qmat）；Program on Key Materials, Academy of Innovative Semiconductor and Sustainable Manufacturing, National Cheng Kung University（国立成功大学创新半导体与可持续制造学院关键材料计划）
本研究理论证明将石墨烯卷成N匝纳米卷并加纵向磁场可使电导精确提升N倍，揭示该可调正磁电导源于磁通量激活的拓扑缠绕数，为类石墨烯卷起系统的拓扑材料设计开辟新路径。
2025-01-22 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Thermophysical properties of liquid carbon dioxide under shock compressions: Quantum molecular dynamic simulations
采用量子分子动力学模拟方法研究了二氧化碳在动态压缩下的动力学、电学和光学性质。由状态方程计算得到的主Hugoniot与实验结果吻合较好。通过对关联函数研究分子的解离和重组，发现二氧化碳的分解是40和50 GPa之间沿Hugoniot，观察到非金属-金属过渡。此外，还对冲击压缩CO2沿Hugoniot线的光学性质进行了理论预测。
2010-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Extraordinary sensitivity of the electronic structure and properties of single-walled carbon nanotubes to molecular charge-transfer
单壁碳纳米管与电子供体和受体分子的相互作用导致电子和拉曼光谱的显着变化，通过分子电荷转移增加电子捐赠的金属物种的相对比例，也验证了电阻率测量。
2008-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Quantum molecular dynamic simulations of warm dense carbon monoxide
采用量子分子动力学模拟方法，研究了极端条件下热重态一氧化碳的热物理性质。从状态方程导出的主Hugoniot与实验数据在67 GPa范围内吻合得很好。用对关联函数预测了8 GPa下一氧化碳的化学分解。根据Kubo-Greenwood公式，测定了冲击压缩CO的直流电导率和光学反射率，并在43 GPa附近观察到了非金属-金属相变。
2011-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Imaging the symmetry breaking of molecular orbitals in carbon nanotubes
碳纳米管由于其独特的电子性质而引起了人们的极大兴趣。它们是一维材料的基础研究以及未来分子电子学应用的迷人候选者。纳米管的分子轨道是特别重要的，因为它们支配系统的传输特性和化学反应性。在这里，我们首次展示了一个完整的单壁碳纳米管分子轨道的原子分辨扫描隧道光谱实验研究。局部电导测量显示壮观的碳-碳键的不对称性在范霍夫奇异的半导体和金属管，展示了对称性破缺的分子轨道在纳米管。无论管，只有两种类型的互补轨道交替观察。一个分析紧束缚模型描述的干扰模式？从头计算证实的轨道，完美地再现了实验结果。
2009-11-23 cond-mat.mtrl-sci
High-pressure molecular phases of solid carbon dioxide
本文用第一性原理计算对固态二氧化碳在50 GPa和1500 K下的热力学行为进行了理论研究。在这个压力-温度范围内，最近的实验的解释表明存在的CO2相之间的分子和共价键合的固体。我们重新审视的概念，在CO2相图的中间相，而不是提出分子结构，这提供了一个很好的协议与测量。
2003-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Study of Bamboo-like Carbon Nanotube Nucleation
采用基于经验势能面的分子动力学模拟方法研究了竹节状碳纳米管（BCNTs）的成核过程。模拟结果表明，竹结构的内壁在纳米管外壁和催化剂颗粒之间的接合处开始成核。与实验结果一致，模拟显示BCNT在较高的溶解碳浓度下成核（即，原料压力）比非竹状碳纳米管成核的那些更好。
2006-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Motor Constructed from a Double-Walled Carbon Nanotube Driven by Axially Varying Voltage
从概念上构建了一种新的分子马达，该马达由一个长的单壁碳纳米管（SWNT）和一个短的具有不同手性的单壁碳纳米管（SWNT）组成。内外管之间的相互作用是内外管碳原子间的Lennard-Jones势之和。在Smoluchowski-Feynman棘轮的框架内，理论上表明，在等温浴中的该系统将表现出在存在变化的轴向电压时的单向旋转。
2005-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Young's moduli of carbon materials investigated by various classical molecular dynamics schemes
经典的碳势和经典的分子动力学被用来计算这些碳基材料的结构和物理性质，其中量子力学方法由于尺寸过大、结构不规则或长时间动力学而失效。最近合成的独立的碳纳米膜（CNM）的分子厚度和宏观横向尺寸以及无定形碳的例子。虽然这样的电势，例如在LAMMPS中实现的，对于几种碳材料如石墨烯产生合理准确的键长和键角，但不清楚它们在机械性质如杨氏模量方面有多准确。我们进行了大规模的经典分子动力学调查的三种碳基材料使用的各种潜力实施LAMMPS以及高度复杂的EDIP潜力的奈杰尔马克斯。我们演示了如何杨氏模量与经典的潜力和实验结果进行比较。由于碳的经典描述必然是近似值，因此不同的实现产生不同的结果并不奇怪。因此，人们应该仔细检查某个势适合于哪些可观测量。我们希望为澄清这一点作出贡献。
2017-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Carbon Nanotube Peapods Under High-Strain Rate Conditions: A Molecular Dynamics Investigation
碳基材料的新形式受到了极大的关注，开发的材料在纳米技术中有许多应用。有趣的新型碳结构包括碳豆荚，其由碳纳米管封装的富勒烯组成。豆荚状纳米结构已被成功合成，并已被用于光调制器件，晶体管，太阳能电池和其他设备。然而，这些结构的机械性能并没有完全阐明。在这项工作中，我们调查，使用全原子分子动力学模拟，碳peapods在高应变率条件下，这是通过拍摄peapods在超声速度对刚性基板的变形。我们的研究结果表明，碳peapods经历大的变形在冲击，并经历多个断裂途径，主要取决于peapod和基板之间的相对取向，和冲击速度。观察到的结果包括富勒烯弹射，碳纳米管断裂，富勒烯，和纳米管聚结，以及形成无定形碳结构。
2020-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical formation of carbon nanomembranes under realistic conditions using classical molecular dynamics
由芳香族前驱体分子制备的碳纳米膜是具有宏观横向尺寸的自立式纳米薄材料。虽然生产了大约二十年的各种版本，但对其内部结构知之甚少。在这里，我们提出了第一个系统的理论尝试，使用经典的分子动力学模拟的碳纳米膜的形成，结构和机械性能建模。我们发现理论上的生产情况下，稳定的膜形成。它们具有实验观察到的孔隙。然而，它们的杨氏模量系统地大于实验确定的。
2021-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Neon Atoms Oscillating Inside Carbon and Boron-Nitride Nanotubes: A Fully Atomistic Molecular Dynamics Investigation
在本工作中，我们讨论了广泛的全原子分子动力学模拟的基础上，氖原子内振荡（5，5）单壁碳纳米管（CNT）和氮化硼（BNNT）的动力学。我们的结果表明，在很大的温度范围内，持续的高频振荡状态是可能的。我们的研究结果还表明，振荡的一般特征是非常相似的CNT和BNNT，在与一些猜测在以前的工作文献中的对称性破缺的重要性和手性所表现出的BNNT。
2007-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics simulations of the growth of thin amorphous hydrogenated carbon films on diamond surface
利用分子动力学模拟方法研究了CH2基团轰击金刚石(111)面所形成的无定形碳氢薄膜(a-C:H)的生长过程.结构分析表明局部结构（例如，C原子的第一配位数）的α-C：H的结构与氢的含量密切相关。入射自由基动能的增加导致a-C：H中氢含量的降低，从而改变了a-C：H中sp3键合碳原子的比例.
2014-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Classical molecular dynamics investigations of biphenyl-based carbon nano membranes
具有分子厚度和宏观尺寸的自支撑碳纳米膜（CNM）无论是从基本原因还是从纳米技术的应用来看都是令人着迷的对象。虽然由简单和相同的前体制成，但其内部结构并不完全已知，并且由于得出明确结论所需的大系统尺寸而难以模拟。我们进行了大规模的经典分子动力学研究联苯基碳纳米膜。我们发现，一维石墨烯状条纹构成了一个高度对称的准一维基态。此状态不交叉连接。相反，交联结构由具有足够量的断裂苯基的高度激发的前体形成。CNM的内部结构很可能是在冷却过程中形成的无序亚稳态。
2013-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Nature of the bound states of molecular hydrogen in carbon nanohorns
通过高分辨准弹性和非弹性中子能谱研究了碳纳米角中氢分子的限制效应。这两组数据与在液态和结晶态的批量样品中获得的数据显着不同。在散装氢是液体的温度下，受限制的样品的光谱示出了弹性分量，指示固定分子的显著比例以及明显更窄的准弹性线宽和对位-邻位旋转转变的线形的强烈扭曲。结果表明，氢与这种碳结构的相互作用比与碳纳米管的相互作用强得多，这表明纳米角和相关的纳米结构作为储氢应用的轻质介质可能提供更好的前景。
2007-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulation of Chemical Vapor Deposition of Amorphous Carbon: Dependence on H/C Ratio of Source Gas
采用分子动力学模拟，研究了石墨和金刚石表面化学气相沉积无定形碳的过程。特别地，我们研究了源H/C比（源气体中氢原子的数目与碳原子的数目的比率）对沉积过程的影响。在本模拟中，测试了以下两种源气体条件：一种是源气体作为孤立的碳原子和氢原子注入，另一种是源气体作为烃分子注入。在前一种条件下，我们发现随着源H/C比的增加，碳原子的沉积速率呈指数下降。沉积速率随源H/C比的增加呈指数下降，这与实验数据一致。然而，在后一种分子源条件下，由于源气体中的烃类所特有的化学反应，沉积速率并没有呈指数下降。
2010-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Thermal rectification of a single-wall carbon nanotube: a molecular dynamics study
利用分子动力学模拟研究了单壁质量梯度碳纳米管中的热整流现象。第二代Brenner势被用来模拟碳原子间的相互作用。考虑了固定边界条件。我们将我们的研究结果与Alaghemandi等人以前的研究进行了比较，该研究采用了不同的势和边界条件。得到了整流因子$R$与温度、纳米管直径、长度以及质量梯度的关系。结果表明，随着温度的升高，精馏降低，而通过增加其他参数，即质量梯度，直径和管长，它增加。
2014-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics of ice-nanotube formation inside carbon nanotubes
采用经典的分子动力学方法研究了动态单壁碳纳米管中水团簇的一级相变。冰纳米管的形成是通过结构因子和势能监测。由模拟得到的转变温度和它的直径依赖性与以前报道的实验结果吻合得很好。冰纳米管的转变温度被示出为在室温附近的最大值与环成员的数目n=5。势能贡献的相变通常是由本征的水-水相互作用，而水-碳相互作用起着重要的作用，决定的转变温度对纳米管直径的依赖性。
2007-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Cobaltocene Encapsulation Into Single-walled Carbon Nanotubes: A Molecular Dynamics Investigation
最近（PRL 96，106804（2006））提出，包封到（7，7）碳纳米管（CNT@（7，7））中的二茂钴（CC）分子可以是新的自旋电子器件的基础。我们在这里表明，基于影响分子动力学和DFT计算，当动力学方面被明确认为是CC封装到CNT@（7，7）不会发生，它是由一个动态的障碍，主要是由于范德华相互作用。我们的研究结果表明，CNT@（13，0）具有足够的轴向空间用于封装，但没有足够的轴向空间允许二茂钴分子的自由旋转将是这种应用的可行候选者。
2007-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical properties and thermal conductivity of graphitic carbon nitride: A molecular dynamics study
石墨氮化碳纳米片由于其独特的物理化学性质而成为二维纳米材料中最具吸引力的材料之一，然而，关于其机械和热性能的信息还不充分。因此，我们采用经典的分子动力学模拟研究了两种主要结构的单层三嗪基g-C3 N4薄膜的热导率和力学响应，通过单轴拉伸模拟，我们发现两种不同结构的g-C3 N4薄膜的弹性模量分别为320和210 GPa，拉伸强度分别为47和30 GPa。使用平衡分子动力学模拟，独立的g-C3 N4结构的热导率也被预测为约7.6 W/mK和3.5 W/mK。我们的研究表明，g-C3 N4薄膜作为令人兴奋的候选增强聚合物材料的机械性能。
2017-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Molecular encapsulation from the liquid phase and graphene nanoribbon growth in carbon nanotubes
从封装在碳纳米管中的有机小分子生长石墨烯纳米带可以产生具有均匀宽度和手性的产物。我们提出了一种方法的基础上封装的1，2，4-三氯苯从液相和随后的退火。该过程产生几十纳米长的石墨烯纳米带。通过拉曼光谱在宏观样品上和在纳米尺度上通过尖端增强拉曼散射和高分辨率透射电子显微镜图像证明了纳米带的存在。
2022-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Physisorption of molecular oxygen on single-wall carbon nanotube bundles and graphite
研究了单壁碳纳米管（SWNT）和高取向热解石墨（HOPG）样品的氧吸附和脱附动力学。单壁碳纳米管样品的热脱附光谱显示了一个广泛的脱附功能，峰值在62 K，这是转移到显着更高的温度比低覆盖率的HOPG脱附功能。低覆盖度O2在SWNT束上的结合能为18.5 kJ/mol，比在HOPG上吸附的结合能12.0 kJ/mol高55%。结合分子力学计算，我们表明，所观察到的两个系统的结合能可以归因于范德华相互作用，即物理吸附。实验没有提供更强的结合化学吸附物种或解离氧吸附的证据。
2002-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulations of Carbon Nanotubes as Gigahertz Oscillators
最近，Zheng和Jiang [PRL 88，045503（2002）]基于静态模型提出，多壁碳纳米管可能是几千兆赫范围内的新一代纳米振荡器的基础。在这项工作中，我们提出了第一个分子动力学模拟这些系统。考虑了不同的纳米管类型，以验证千兆赫振荡器等器件的可靠性。结果表明，当内外管半径差为~ 3.4A时，纳米振荡器是动态稳定的。高达38 GHz的频率进行了观察，并计算出的力值与最近的实验研究结果吻合良好。此外，我们的结果与Zheng和Jiang的一些预测相矛盾。
2002-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Formation of nanoribbons by carbon atoms confined in a single-walled carbon nanotube -- A molecular dynamics study
本研究针对单壁碳纳米管内碳原子形成纳米带的过程开展分子动力学模拟，对比发现Tersoff势在描述该过程时优于常用反应力场势，并确定了缺陷最少的成带温度窗口，与实验结果吻合。
2023-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Self-Lubricating Carbon Materials on the Tribological Performance of Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylene
超高分子量聚乙烯（UHMWPE）一直是全膝关节置换术的金标准。由于膝关节的自然运动，UHMWPE磨屑的产生是不可避免的。微米和亚微米级的碎片导致关节的机械不稳定、活动性降低、疼痛增加和植入物松动。磨屑的产生与UHMWPE机械性能有关;因此，提高UHMWPE机械性能的改进将影响部件的寿命。在这里，TiC涂层和多壁碳纳米管（MWCNTs）用于减少UHMWPE磨损。在400，000次循环后，与UHMWPE相比，PEG-MWCNT减少了质量损失，与TiC组合相比，与参考对相比，材料损失减少了约43.7%。冷流和抛光是主要的磨损模式。
2020-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Heat conduction of single-walled carbon nanotube isotope-superlattice structures: A molecular dynamics study
采用经典分子动力学模拟研究了单壁碳纳米管同位素超晶格的热传导。通过交替连接不同质量的单壁碳纳米管形成超晶格结构。在改变超晶格周期时，确定了具有最小有效热导率的临界值，其中主导物理从区带折叠效应切换到晶格界面的热边界电阻。用能量密度谱解释了交叉机制，其中可以清楚地观察到带折叠效应。结果表明，临界超晶格周期厚度取决于扩散弹道声子的平均自由程分布。超晶格结构的热导率的降低击败了一维合金结构的热导率，尽管最小热导率仍然略高于通过同位素的二维随机混合获得的值。
2006-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the innate sub-nanometer porous structure of carbon nanomembranes with molecular dynamics simulations and highly charged ion spectroscopy
TU Wien（维也纳工业大学）；Bielefeld University（比勒费尔德大学）；Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Curtin University（科廷大学）
本研究通过分子动力学模拟和高电荷离子光谱揭示碳纳米膜的亚纳米孔隙结构及其在大气中的稳定性。
2025-11-06 cond-mat.mtrl-sci
On the effect of surface functional groups on the structural and dynamical properties of an ionic liquid confined in zeolite templated carbons studied through molecular simulations
多孔碳用于广泛的应用，包括用于能量存储的电化学双层电容器，其中限制下的电解质离子性质对系统的性能至关重要。虽然许多合成技术导致表面官能团的存在，但它们对电解质离子的吸附和扩散的影响仍然知之甚少。在这项研究中，我们研究了表面化学对吸附离子的动力学和结构性质的影响，通过分子动力学模拟的纯离子液体与几个沸石模板碳接触。使用三种结构探索官能团的空间和特定影响：没有任何官能团的结构;具有酯、羟基、酸酐酸和羧基官能团的结构;以及其中氧和氢原子被碳原子取代的结构。我们表明，功能化有一个有限的限制电解质的结构上的影响，但影响的扩散系数，和官能团的结构和化学性质的相对重要性是不相同的，这取决于所考虑的离子类型和属性。
2021-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Influence of carbon dioxide and water concentration on terbium thin films produced by Molecular Plating
该研究在受控气氛中通过分子电镀法制备铽和铥薄膜，系统考察了电镀液中水和CO2浓度对薄膜质量及沉积产率的影响，发现水含量超过1 vol.-%或CO2存在均会因形成氢氧化物、氧化物和碳酸盐而降低薄膜质量。
2025-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Analysis of Graphene-Based Nanoelectromechanical Switch
在这里，我们提出了基于石墨烯的纳米机电开关与垂直的碳纳米管电极通过经典的分子动力学模拟。碳纳米管生长在方孔的中心，石墨烯覆盖在方孔上。施加孔的底部与石墨烯之间的电势差以使石墨烯偏转。通过经典分子动力学模拟，研究了石墨烯基碳纳米管纳米机电开关的机电特性，该开关可以通过外力来实现开关.这项模拟工作明确表明，这种器件适用于纳米传感器和量子计算，以及超快速响应开关器件。
2016-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Contrasting behavior of covalent and molecular carbon allotropes exposed to extreme ultraviolet and soft x-ray free-electron laser radiation
所有碳材料，例如，非晶碳（a-C）薄膜和C_（60）富勒烯薄膜在短波长自由电子激光（自由电子激光）光学发展和纳米技术应用的推动下的研究中发挥着重要作用。用拉曼光谱、微分干涉衬度和原子力显微镜研究了a-C和C_（60）层对极紫外（日本SPring-8 Compact SASE光源）和软X射线（汉堡自由电子激光）自由电子激光辐射的响应。在这些辐照条件下，共价（a-C）和分子（C60）碳质固体的行为表现出显着的差异。富勒烯晶体烧蚀的低阈值（就吸收剂量而言，估计C60约为0.15 eV/原子，a-C约为0.9 eV/原子）是由富勒烯晶体的低内聚能引起的。一个有效的机制去除完整的C60分子从辐照晶体由于库仑排斥的富勒烯笼阳离子自由基形成的电离辐射的详细建模揭示。
2017-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Miniature Organic Transistors With Carbon Nanotubes as Quasi-One Dimensional Electrodes
随着电子器件的尺寸接近分子的尺寸，接触电极的尺寸、几何形状和化学成分在器件功能中发挥着越来越重要的作用。单壁碳纳米管（SWNT）可以作为准一维（1D）电极用于构建分子尺度宽度（~ 2nm）和沟道长度（1-3 nm）的有机场效应晶体管（FET）。由于准1D电极几何形状的一个重要特征是有利的栅极静电，其允许超短有机通道的有效切换。这为长度仅为几个分子的有机晶体管提供了数量级的室温电导调制，其开关特性优于具有光刻图案化金属电极的类似器件。利用纳米管，可以利用共价碳-碳键来形成与分子材料的接触。碳纳米管电极独特的几何、物理和化学性质可能会导致各种有趣的分子器件。
2004-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Studies on Sodium Storage Mechanism in Hard Carbon Anodes of Sodium-Ion Batteries: Molecular Simulations Based on Machine Learning Force Fields
本研究结合机器学习力场与多尺度模拟，揭示硬碳负极中钠离子的吸附、嵌入、填充及动态分布机制，为钠离子电池设计优化提供理论依据。
2024-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Doping of Electrochemically Prepared Triazine-based Carbon Nitride by 2,4,6-Triaminopyrimidine for Improved Photocatalytic Properties
三聚氰胺与2，4，6-三氨基嘧啶（TAP）在电化学诱导聚合过程中发生共聚反应，生成分子掺杂的聚三嗪酰亚胺（PTI）。聚合是基于水的电解和在此过程中释放的自由基。TAP的掺入通过诸如元素分析、FTIR和NMR光谱和粉末X射线衍射（XRD）的技术示出，并且示出碳含量可以通过两种前体的摩尔比的变化来调节。TAP的掺入直接影响PTI的电子结构，因此在UV-Vis光谱中可以观察到红移。较小的带隙和在可见光范围内增加的吸收导致改善的光催化性能。在染料降解实验中，可以观察到亚甲蓝（MB）的降解速率与未掺杂的PTI相比增加了4倍，或者如果与甜瓜相比，增加了7倍。
2018-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Site dependent hydrogenation in Graphynes: A Fully Atomistic Molecular Dynamics Investigation
石墨烯是二维结构的碳同素异形体家族的通用名称，其中炔属基团连接苯环，具有sp和sp2杂化碳原子的共存。在这项工作中，我们已经调查，通过完全原子反应分子动力学模拟，动力学和结构变化的氢化的α，β，伽马石墨炔形式。我们的研究结果表明，存在不同的位点的氢键，有关的单键和三键，使氢原子纳入石墨烯膜的过程比石墨烯的复杂得多。我们的研究结果还表明，加氢反应是强烈的网站依赖性和sp-杂化的碳原子是优先网站的化学攻击。在我们的情况下，氢化的有效性（从共价键合到碳原子的氢原子的数目估计）遵循α、β、γ石墨炔结构排序。
2015-01-19 cond-mat.mtrl-sci
On the mechanical properties of novamene: a fully atomistic molecular dynamics and DFT investigation
我们通过全原子反应分子动力学和密度泛函理论模拟，研究了最近提出的一种新的三维碳同素异形体结构Novamene的力学性能和断裂动力学。结果表明，Novamene是一种与拉伸变形有关的各向异性结构。虽然novamente与其他碳同素异形体具有一些机械特征，但它也表现出独特的特征，例如广泛的结构重建（自修复效应）。Novamene的极限强度（~ 100 GPa）值低于其他碳同素异形体，但其沿z方向的极限应变最高（~ 22.5%）。尽管杨氏模量（~ 600 GPa）和极限强度值小于其他碳同素异形体，但它们仍然优于其他材料，例如硅、钢或钛合金。关于断裂动力学，Novamene再次是各向异性的，断裂/裂纹扩展起源于X和Y方向的变形的七边形和五边形以及连接结构面的断裂sp3键。另一个有趣的特征是在最终断裂阶段形成多个和长的碳线性链。
2018-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Density dependence of thermal conductivity in nanoporous and amorphous carbon with machine-learned molecular dynamics
本研究利用机器学习势驱动的分子动力学模拟，揭示了纳米多孔碳与无定形碳热导率分别呈线性、超线性密度依赖的规律，阐明了杂化结构与结构有序度的调控机制，为热管理材料设计提供理论支撑。
2024-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Molecular Transport on Carbon Surfaces: The Diffusion of Ammonia on Graphite
我们提出了一个相结合的实验和理论研究膨胀石墨上的氨的自扩散。使用中子飞行时间谱，我们能够解决吸附氨，NH $_3$，在石墨上的超快扩散过程。与范德华修正的密度泛函理论计算，我们表明，NH $_3$的扩散如下跳跃运动弱波纹势能面的活化能约为4毫电子伏，这是特别低的这种类型的扩散运动。跳跃运动还包括大量的长跳跃，用$D=3.9 \cdot 10^{-8}~\mbox{m}^2 /\mbox{s}$在94 K下测定了吸附在石墨上的氨的扩散常数。
2017-10-02 cond-mat.mtrl-sci
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
A molecular dynamics investigation of the dependence of mechanical properties of steel nanowires on C concentration
本研究通过分子动力学模拟和单轴拉伸试验，揭示了碳浓度（0-10%）和温度（0.1-900 K）对钢纳米线力学性能的影响，发现碳含量增加会降低屈服强度和UTS，并促进滑移面形成。
2025-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Towards Quantifying the electrostatic transduction mechanism in carbon nanotube molecular sensors
尽管碳纳米管场效应晶体管（CNT FET）在化学和生化检测中的应用前景广阔，但缺乏对传感器响应的定量理解。为了探索静电在传感器转导中的作用，用一组高度相似的化合物进行实验，所述化合物被设计为经由芘连接基团吸附到CNT FET上，并在环境条件下呈现一组已知的电荷状态。观察到酸性和碱性物种诱导相反符号的阈值电压偏移，与CNT FET的门控由局部电荷由于质子化或去质子化的芘化合物由界面水。栅极电压偏移的幅度由带电基团与CNT之间的距离控制。此外，与不带电的芘化合物的功能化显示出归因于其分子偶极矩的阈值偏移。这项工作说明了一种方法来生产CNT FET的关断栅极电压的控制值，更一般地说，这些结果将通知CNT FET的化学和生物化学传感器的响应的定量模型的发展。
2013-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulation for the Analysis of Mechanical Properties and Effect of Stone-Wales and BiVacancy Defect on Carbon Nanotube Reinforced Iron Composites
碳纳米管（CNT）增强金属基复合材料（MMCs）由于其在航天和汽车工业中具有低重量和高力学性能的需求而受到研究人员的关注。铁是所有工程领域中使用最多的金属。因此，用CNT增强铁可以减少其所需的量，由于降低了生产成本，这可能具有积极的经济影响。然而，在任何材料的工业应用之前，必须知道在不同条件下的机械性能。本文采用分子动力学模拟方法，研究了单壁、双壁和三壁碳纳米管增强铁的力学性能。研究表明，碳纳米管的加入可以使纯铁的强度和刚度分别提高80.4%和57.4%。我们还研究了纤维体积百分比和温度对单壁、双壁和三壁碳纳米管复合材料力学性能的影响。由于在碳纳米管的制备过程中会引入石纹缺陷和双空位缺陷，因此本研究还研究了它们对力学性能的影响
2020-10-01 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
Hierarchical multiscale fracture modeling of carbon-nitride nanosheet reinforced composites by combining cohesive phase-field and molecular dynamics
本文提出将星凸分解内聚相场断裂模型与分子动力学模拟相结合的多尺度方法，用于研究碳氮化物纳米片增强复合材料的厚度依赖性力学与断裂行为，揭示跨尺度断裂机制和尺度效应。
2024-11-20 cond-mat.mtrl-sci
The Thiocyanate Anion is a Primary Driver of Carbon Dioxide Capture by Ionic Liquids
室温离子液体捕集二氧化碳是一个既有成就又有挫折的生动研究领域。采用PM 7-MD方法模拟了300 K下1，3-二甲基咪唑硫氰酸盐对CO2的吸附。所得结果证明硫氰酸根阴离子在气体捕获中起关键作用，而1，3-二甲基咪唑鎓阳离子的影响是中等的。分解的计算波函数上的各个分子轨道证实，CO2-SCN结合超出预期的静电相互作用的离子-分子系统，并涉及部分共享的价轨道。
2014-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity reduction in carbon nanotube by fullerene encapsulation: A molecular dynamics study
单壁碳纳米管（SWCNT）在其原始形式下具有高导热性，其进一步的改进引起了很多兴趣。一些理论研究表明，C $_{60}$富勒烯包封显著增强了$(10,10)$ SWCNT的热导率。然而，最近对单壁碳纳米管束的实验表明，富勒烯封装导致热导率的降低而不是增加。在这里，我们采用三种不同的分子动力学方法来研究的影响，C $_{60}$封装在$(10,10)$单壁碳纳米管的热传输。所有三种方法一致地预测$(10,10)$ SWCNT的热导率在通过$20\%-30\%$封装C $_{60}$后降低，与SWCNT束的实验结果一致。我们证明，有一个模拟工件中的Green-Kubo方法，它给出了巨大的人工对流的热导率。我们的研究结果表明，C $_{60}$分子进行很少的热量相比，外部单壁碳纳米管和减少声子平均自由程的单壁碳纳米管诱导额外的声子散射。我们还发现，一个$(10,10)$单壁碳纳米管的热导率单调下降，增加填充率的C $_{60}$分子。
2020-02-08 cond-mat.mtrl-sci
