碳納米管生長機制和手性控制的理論研究

《碳納米管生長機制和手性控制的理論研究》是依託香港理工大學深圳研究院，由丁峰擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：碳納米管生長機制和手性控制的理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：丁峰
• 依託單位：香港理工大學深圳研究院

項目摘要

製備特定手性（chirality）碳納米管是實現碳納米管廣泛套用的關鍵技術之一。本項目擬綜合採用第一原理計算，分子動力學和蒙特卡洛模擬的方法，深入研究碳納米管的生長機理,分析在其生長初期手性的產生過程，揭示碳納米管的成核過程跟其手性的關係；研究在碳納米管連續生長過程中手性的變化規律，通過對不同手性的碳納米管在催化劑顆粒表面上的穩定性的對比來預測有可能被大量製備的特定手性的碳納米管。這一研究將進一步加深我們對碳納米管生長機理的理解並為實驗上合成特定手性的碳納米管奠定理論基礎和提供設計思路。

結題摘要

本項目以利於研究碳納米管生長中最具挑戰性的課題“碳納米管生長機制和手性控制“的理論研究。 在過去的四年中，我們系統研究科碳納米管的成核和生長過程，以及如何在成核過程和生長實現手性控制的方法，取得了豐碩的成果。我們發展了我們開發的分子動力學方法，在理論上第一次模擬出了沒有任何缺陷的碳納米管。分析了碳納米管的成核過程和生長過程，解決了一些列關於碳納米管的生長動力學的問題，理論上預言了碳納米管的生長速率極限和缺陷密度極限，得到了跟實驗相符合的結果。提出了Zigzag碳納米管生長緩慢的現象並為後來的實驗所證實。除了純理論成果之外，我們還與國內外實驗科學家合作，即使了大量的實驗現象並在實驗上實現了我們的理論預言。其中最重要的包括跟北京大學李彥和張錦老師的合作，解決了碳納米管領域長達十年的在生長過程中實現結構控制難題，相應結果一篇發表在Nature，一篇發表在Science advances, 另一篇被Nature接受。除了關於碳納米管的研究之外，本研究中開發出的研究方法也被用來研究石墨烯等二維材料體系，例如石墨烯生長的分子動力學模擬以及CVD生長過程中的生長動力學的研究。本項目的完成圓滿解決了碳納米管的成核和生長動力學中的關鍵問題，並為將來研究其它一維和二維體系的成核與生長打下了堅實的理論基礎。