多壁碳納米管與金屬表面間接觸行為的分子動力學(xué)模擬*

楊權(quán) 馬立? 耿松超 林旖旎 陳濤 孫立寧

1) (上海大學(xué)機(jī)電工程與自動化學(xué)院, 上海 200072)

2) (蘇州大學(xué)機(jī)器人與微系統(tǒng)研究中心, 蘇州 215021)

碳納米管與金屬表面間的界面接觸行為對碳基電子器件的性能研究具有重要意義.本文利用分子動力學(xué)模擬方法研究了端部開口和閉口的多壁碳納米管與金屬表面間的界面接觸構(gòu)型和粘著強(qiáng)度.模擬結(jié)果表明, 多壁碳納米管在金屬表面上的位置和形狀變化是因?yàn)闇p少的范德瓦耳斯能轉(zhuǎn)變成碳納米管的內(nèi)能; 多壁碳納米管與金屬表面的結(jié)合能為負(fù)值, 表明兩者存在粘著作用; 多壁碳納米管水平地接觸金屬表面時(shí)的粘著強(qiáng)度受初始間距、接觸長度和金屬種類影響, 即范德瓦耳斯能作用的初始間距閾值約為1 nm且最終平衡狀態(tài)時(shí)的兩者間距約為0.3 nm; 隨著兩者接觸長度增加, 粘著強(qiáng)度增大, 鉑與碳納米管的粘著強(qiáng)度比鎢和鋁的大; 端部開口和閉口的碳納米管與金屬表面垂直接觸時(shí)的粘著強(qiáng)度都比水平接觸時(shí)的小, 兩端開口的碳納米管在金屬表面上發(fā)生徑向壓縮變形, 最終形成帶狀結(jié)構(gòu); 而兩端封閉的碳納米管在金屬表面上發(fā)生軸向壓縮變形; 在碳納米管場效應(yīng)晶體管中, 兩端開口的多壁碳納米管與單壁碳納米管一樣變形成帶狀結(jié)構(gòu), 并且各個(gè)管壁之間以及最外層管壁與金屬電極之間的間距相當(dāng), 該原子尺度的間距(約0.34 nm)保證電子從金屬隧穿到最外層管壁, 并在內(nèi)層管壁之間徑……