專利名稱：一種獲得碳納米管固有振動頻率的方法
技術領域：
本發明涉及一種獲得碳納米管固有振動頻率的方法，具體來說是涉及一種獲得碳納米管的徑向、軸向、周向三個方向固有振動頻率的方法，本發明屬于材料學應用領域。
背景技術：
碳納米管是ー種圓柱狀，由碳原子無縫組成的特殊結構。它具有優越的電子、力學、光學等方面的特性，作為ー種新型材料正在被廣泛應用于諸多領域，如制備由碳納米管增強的復合材料、納米電子元器件、納米晶體顯像設備、納米探針等。而在其廣泛的應用領域中，碳納米管獨特的物理性質與其自身的振動特性有著非常緊密的聯系。比如說，在微機電(MEMS)領域，碳納米管的振動直接影響著由其為主體制造的納米振蕩器、傳感器、電荷探測器、場發射器的應用效能；在納米復合材料的應用過程中，碳納米管的振動也會對材料的 整體力學性質產生巨大效果，如果周圍環境的振動頻率與其固有振動頻率接近產生共振效應，在碳管與基體的交界面上很容易產生微小的、不易于察覺的裂紋。伴隨著外部沖擊，這些裂紋很容易形成各種尺度更大的缺陷，最終導致整體材料的失效與破壞；此外，納米碳管很多其他方面的特性也可以通過其振動特性直接，或間接的得到。由此可以看出，獲得碳納米管的固有振動頻率對研究其科學問題及應用領域具有很重要的意義。現有技術中研究碳納米管的振動特性通常采用的方法是實驗與分子動力學模擬的方法。然而，在微觀尺度的實驗很難控制，而分子動力學模擬的方法對于計算大尺度的系統成本過大。為此，現有技術中有嘗試將經典連續介質力學方法應用到原子或分子尺度的離散系統的研究當中。對于大尺度材料系統的計算，經典的連續介質模型高效而準確，但在細觀尺度，材料系統不能看做連續體，則經典連續介質カ不能滿足碳納米管的應用。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的技術問題，提供通過ー種簡便獲得碳納米管徑向、軸向、周向三個方向固有振動頻率的方法，利用本發明方法可以在考慮材料微觀效應的條件下，方便、快速得到不同尺寸下碳納米管的徑向、軸向、周向三個方向固有振動頻率。本發明所采用的技術方案是
一種獲得碳納米管固有振動頻率的方法，包括以下步驟步驟I)、首先測量碳納米管的參數如下碳納米管內部特征長度a，取為碳-碳鍵的長度；材料常數% ;碳管密度P，單位為kg/m3 ;碳納米管的彈性模量E，單位為GPa ;碳納米管的泊松比v ；
碳納米管的半徑為R，單位為nm ;厚度為h,單位為nm ;碳納米管的長度L,單位為nm ;碳納米管周圍環境對其表面施加的應カ系數1 ；
步驟2)、將上述步驟I)測量到的參數代入下式
權利要求
1.一種獲得碳納米管固有振動頻率的方法，其特征在于其包括以下步驟步驟I)、首先測量碳納米管的參數如下碳納米管內部特征長度a，取為碳-碳鍵的長度；材料常數％ ;碳管密度P，單位為kg/m3 ;碳納米管的彈性模量E，單位為GPa ;碳納米管的泊松比v ;碳納米管的半徑為 R，單位為nm ;厚度為h,單位為nm ;碳納米管的長度L,單位為nm ;碳納米管周圍環境對其表面施加的應力系數*i ；步驟2)、將上述步驟I)測量到的參數代入下式
2.如權利要求I的一種獲得碳納米管固有振動頻率的方法，其特征在于所述碳納米管內部特征長度a的范圍可以是0〈a〈lnm。
3.如權利要求I的一種獲得碳納米管固有振動頻率的方法，其特征在于所述碳納米管材料常數 b的范圍可以是0〈 % <1。
4.如權利要求I的一種獲得碳納米管固有振動頻率的方法，其特征在于所述碳納米管的泊松比V的范圍可以是0〈 V〈O. 5。
5.如權利要求I的一種獲得碳納米管固有振動頻率的方法，其特征在于所述碳納米管的半徑R的范圍是0〈R〈10nm。
全文摘要
本發明公開了本發明涉及一種獲得碳納米管固有振動頻率的方法，包括如下步驟:首先測量碳納米管的參數；將上述步驟1)測量到的參數代入下式 5b)； 5c)，再將、、a1、a2、a3帶入式(5a)及得到關于碳納米管的固有頻率值的行列式為 (5a)；通過行列式展開,獲得到包含有碳納米管固定頻率的一元三次方程，進行計算處理可以得到關于碳納米管固定頻率的三個數值解值，將其從小到大依次排列得到碳納米管的徑向、軸向、周向的固有振動頻率值；采用本發明方法可以快速獲得碳納米管的固有振動頻率，可以通過控制碳納米管的形狀使其固有振動頻率避開周圍環境頻率達到最小破壞復合材料整體性能的目的，從而使碳納米管材料具有較高強度機械沖擊性能。
文檔編號C01B31/02GK102976310SQ20121056112
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者李仁府 申請人:武漢光曄科技有限公司