1、1991年，日本學(xué)者飯島首次利用電子顯微鏡觀察到中空的碳纖維，稱為“碳納米管”，自此，碳納米管由于其獨(dú)特的熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等性質(zhì)引起了國(guó)內(nèi)外大量研究者的研究熱潮及近十年來(lái)碳納米管科學(xué)與技術(shù)的飛速發(fā)展。近幾年來(lái)，許多實(shí)驗(yàn)研究表明添加少量的碳納米管到金屬基體中可顯著增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的彈性模量和硬度。在碳納米管增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中，實(shí)驗(yàn)研究碳納米管與物質(zhì)表面的微觀界面結(jié)合機(jī)理十分復(fù)雜困難，而復(fù)合材料的性質(zhì)很大程度上由碳納米管與物質(zhì)表面

2、的界面結(jié)合情況所決定，因而，利用分子力學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)進(jìn)行計(jì)算模擬的方法被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到這一領(lǐng)域中來(lái)解決這一問(wèn)題。本文旨在研究碳納米管與不同物質(zhì)表面的界面結(jié)合過(guò)程、機(jī)理及其形變問(wèn)題，研究化學(xué)修飾對(duì)碳納米管在不同表面上形變的影響。
　　 首先，利用基于COMPASS力場(chǎng)的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了碳納米管在Al表面上的動(dòng)力學(xué)行為，研究了管半徑、長(zhǎng)度的影響。動(dòng)力學(xué)模擬研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)碳納米管的直徑大于某一臨界值時(shí)，碳納米管在Al表面上很容易塌

3、陷，由原來(lái)的圓柱形迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殡p層石墨帶狀結(jié)構(gòu)覆蓋在Al表面上，碳納米管半徑的影響與之前的研究相似，而長(zhǎng)度對(duì)其塌陷并不產(chǎn)生影響。動(dòng)力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)碳納米管在不同形態(tài)的Ni表面上具有不同的塌陷形態(tài)，在Ni表面上的塌陷結(jié)構(gòu)與表面的粗糙度有關(guān)，但細(xì)微的粗糙度對(duì)碳納米管的塌陷可忽略。碳納米管在其它表面如Fe、Ni、石墨表面上也能完全塌陷，而對(duì)于Si表面，碳納米管并不能完全塌陷，僅有略微的變形，這可能與各種表面的金屬性有關(guān)，研究推斷表面的金屬性越強(qiáng)，碳

4、納米管越容易塌陷。不同直徑的碳納米管在Si表面上的塌陷與其他小組的研究相符合。對(duì)于Fe、FeO及Fe2O3表面，發(fā)現(xiàn)隨著表面氧化程度的加強(qiáng)，碳納米管的塌陷程度越小，表明碳納米管的塌陷主要由其與金屬原子之間的相互作用力所導(dǎo)致。
　　 我們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)化學(xué)修飾可增強(qiáng)碳納米管其圓柱結(jié)構(gòu)在各種物質(zhì)表面上的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了不同修飾量下的碳納米管在Al表面上動(dòng)力學(xué)行為，一定量的化學(xué)修飾增強(qiáng)了碳管的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可較好的防止碳納米

5、管的塌陷，研究也發(fā)現(xiàn)，在相同的修飾量下，碳納米管半徑越大、長(zhǎng)度越長(zhǎng)，防止碳納米管塌陷所需的化學(xué)修飾量越大，反之亦然。以氨基修飾的碳納米管為例，我們發(fā)現(xiàn)，在不同的物質(zhì)表面上，防止碳納米管塌陷所需的化學(xué)修飾量也不相同，隨著修飾量的增大，修飾了的碳納米管與各種物質(zhì)表面的結(jié)合能都減小。比較了氨基修飾、羧基修飾、羥基修飾及甲基修飾的碳管在Ni表面上防止碳納米管塌陷的能力，對(duì)于四種修飾基團(tuán)，研究發(fā)現(xiàn)氨基、羧基防止碳管塌陷的能力相似且較好，其次為甲基