包裹在碳纳米管内Cu-Fe合金纳米线偏聚结构及稳定性研究

摘要

采用分子动力学方法系统研究了包裹在刚性碳纳米管内的Cu-Fe二元合金纳米线经高温退火后的稳定结构.研究结果表明,所形成的合金纳米线具有圆柱形壳层结构且有明显的偏聚现象.其中Cu原子富集于靠近管壁的外层,而Fe原子则富集于靠近轴心的核层.偏聚程度与碳纳米管管径和合金组分显著相关,而与被包裹的金属原子数无明显相关性.管径越大,组分中Cu原子含量越高,则偏聚程度越显著.表明可通过调节合金中Cu原子含量获得最外壳层为纯Cu而内部为纯Fe或合金的"同心异质"结构纳米线.用平均原子势能对体系稳定性进行了描述,结果显示,碳纳米管管径越大,包裹在内的金属原子数目越多,Fe原子含量越高,体系稳定性越好.这种偏聚行为和稳定性随碳纳米管管径、合金组分及金属原子数的变化而变化,几乎不受碳纳米管长度和手性的影响.