基于声子散射的碳纳米管热机械性能计算

Q4 Agricultural and Biological Sciences Cientifica Pub Date : 2021-07-01 DOI:10.46842/ipn.cien.v25n2a02
J. A. García-Merino
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Así mismo, el módulo de Young se calculó en 5.4 MPa para los C-CNT y en 73.6 MPa para los LCCNT. Estas diferencias se atribuyen a los valores de la velocidad del sonido en los materiales. Por otra parte, los CNT tienen una gran relación de aspecto y por tanto presentan una alta polarización molecular, lo cual lo hace un material atractivo para modular las propiedades mecánicas mediante el efecto de electrostricción. El cambio de la densidad y el módulo de Young se calcularon considerando una fuente de luz con una irradiancia entre 0.1 a 1.0 GW/cm2, tomando como base las propiedades ópticas lineales y no-lineales de los CNT de investigaciones previas. 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摘要

从结晶度的角度研究碳纳米管(CNT)的重要性至关重要,因为它们的性质根据其原子分布而发生了很大的变化。本文通过对声子散射的数值研究,计算了结晶碳纳米管(C-CNT)和低结晶碳纳米管(LC-CNT)的热机械性能。声子的带结构和态密度是通过计算程序(Quantumatk)获得的,并考虑了相同形态尺寸的CNT。材料之间声子散射的差异决定了热性能和机械性能。尽管两种碳纳米管的热容相似,但导热系数相差1个数量级。同样,C-CNT的杨氏模量计算为5.4 MPa,LCCNT的杨氏模量计算为73.6 MPa。这些差异归因于材料中的声速值。另一方面,碳纳米管具有很高的长径比,因此具有很高的分子极化率,这使得它成为一种有吸引力的材料,可以通过电致伸缩效应调节机械性能。根据先前研究的碳纳米管的线性和非线性光学特性,考虑到辐照度在0.1至1.0GW/cm2之间的光源,计算了密度和杨氏模量的变化。通过分析原子振动的基本模式,结果近似于C-CNT和/或LC-CNT的热机械性能。
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Cálculo de las propiedades térmicas y mecánicas de nanotubos de carbono a partir de la dispersión de fonones
La importancia de estudiar a los nanotubos de carbono (CNT) desde una perspectiva de cristalinidad es de suma importancia ya que sus propiedades son altamente modificadas en función de su distribución atómica. Este trabajo, describe el cálculo de propiedades térmicas y mecánicas de CNT cristalinos (C-CNT) y de baja cristalinidad (LC-CNT) por medio del estudio numérico de la dispersión de fonones. La estructura de bandas y la densidad de estados de los fonones se obtuvieron por medio de un programa de cómputo (QuantumATK) y considerando CNT de las mismas dimensiones morfológicas. La diferencia en la dispersión de fonones entre los materiales resultó determinante en las propiedades térmicas y mecánicas. A pesar de que la capacidad calorífica es similar en ambos CNT, se observó una diferencia de 1 orden de magnitud para la conductividad térmica. Así mismo, el módulo de Young se calculó en 5.4 MPa para los C-CNT y en 73.6 MPa para los LCCNT. Estas diferencias se atribuyen a los valores de la velocidad del sonido en los materiales. Por otra parte, los CNT tienen una gran relación de aspecto y por tanto presentan una alta polarización molecular, lo cual lo hace un material atractivo para modular las propiedades mecánicas mediante el efecto de electrostricción. El cambio de la densidad y el módulo de Young se calcularon considerando una fuente de luz con una irradiancia entre 0.1 a 1.0 GW/cm2, tomando como base las propiedades ópticas lineales y no-lineales de los CNT de investigaciones previas. Los resultados aproximan las propiedades térmicas y mecánicas de C-CNT y/o LC-CNT analizando los modos fundamentales de vibración atómica.
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