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超實(shí)用丨一文學(xué)會使用免費(fèi)軟件構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)（附下載）

來源：科學(xué)10分鐘時間：2022-05-15 21:40:04 瀏覽：7113次

構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)的免費(fèi)軟件——Nanotube Modeler簡介

納米管、納米錐、石墨烯和富勒烯作為納米結(jié)構(gòu)的基本單元，是豐富多彩的納米世界的物質(zhì)基礎(chǔ)。為了研究這些結(jié)構(gòu)的豐富性質(zhì)，首先需要對這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，通常來說免費(fèi)和收費(fèi)的商業(yè)軟件能構(gòu)建一部分納米結(jié)構(gòu)，但具有局限性。本文主要介紹內(nèi)容如下：

軟件的下載與安裝

Nanotube Modeler最新版本為1.8，現(xiàn)階段支持Windows版本，可由http://www.jcrystal.com/products/wincnt/NanotubeModeler.exe免費(fèi)下載。

下載完成后，可以自行選擇位置進(jìn)行安裝。

軟件的基本使用與建模

打開軟件，默認(rèn)會進(jìn)入納米管結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。

單擊鼠標(biāo)左鍵并移動可以旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，單擊鼠標(biāo)右鍵前后拉動可以改變模型大小，雙擊鼠標(biāo)可以恢復(fù)初始視角。通過View菜單中最后三項，可以調(diào)節(jié)顯示方式為鍵線式，球棍式和比例填充模型。Toggle Projection可以調(diào)節(jié)正交和投影顯示方式。

2.1 碳納米管的構(gòu)建

通過在菜單中選擇Nano-Tube會生成默認(rèn)的碳納米管，選擇C-C則表示當(dāng)前構(gòu)建的為碳納米管，也可更改此選項構(gòu)建B-N納米管等。

調(diào)節(jié)Chirality(n,m)可以控制納米管的手性，構(gòu)建zigzag和armchair型納米管。MWNT設(shè)置可以構(gòu)建多層納米管，其中第一個參數(shù)為多層納米管的層數(shù)，后兩個參數(shù)為多壁納米管的手性。

對于彎曲的納米管，可以通過Tube Distortions選項進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制納米管的彎曲程度。

如圖參數(shù)可構(gòu)建雙層納米管

2.2 納米錐的構(gòu)建

納米錐從結(jié)構(gòu)上類似于封端納米管，可由Special-Capped Tube選擇構(gòu)建?？梢赃x擇單側(cè)封端和兩側(cè)封端。構(gòu)建參數(shù)的調(diào)節(jié)類似于碳納米管。

下圖為施加霧化效果的單端封端納米錐

2.3 富勒烯結(jié)構(gòu)的構(gòu)建

富勒烯又稱巴基球，為一維納米結(jié)構(gòu)。Nanotube Modeler內(nèi)置一個富勒烯結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，可以通過File-Import Structure-Import Fullerene打開。

其中每個文件夾下都有固定組成具有不同對稱性的結(jié)構(gòu)。采用彩虹色著色的巴基球顯示效果如下：

2.4 層狀納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建

通常來說，層狀納米結(jié)構(gòu)的代表性結(jié)構(gòu)為蒄狀物和石墨烯。由一個苯環(huán)作為起始結(jié)構(gòu)，六個邊連接苯環(huán)，形成蒄，即六苯并苯。在蒄的基礎(chǔ)上繼續(xù)生長生成蒄狀物。理論上無限生長的蒄裝物與石墨烯等價。

兩者的構(gòu)建均可以從Select Type中選取調(diào)節(jié)。對于多層石墨烯，需要從Tools-Multi-Layer Graphene中構(gòu)建。

2.5 其他結(jié)構(gòu)構(gòu)建

除了構(gòu)建以上結(jié)構(gòu)，Nanotube Modeler還可以構(gòu)建諸如異質(zhì)結(jié)（需要Java環(huán)境），病毒，納米泵等結(jié)構(gòu)，其效果如圖所示。

一些使用建議

對于作圖為目的的使用，應(yīng)該嘗試導(dǎo)出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)文件，使用3DMax, C4D等軟件可以得到更加精美的圖片，也可以從Tools-Lanuch POV-Ray導(dǎo)出.pov文件進(jìn)行渲染。

總結(jié)

本文通過介紹免費(fèi)的建模軟件Nanotube Modeler，實(shí)現(xiàn)了對于納米管，納米錐，富勒烯和層狀納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，希望能夠幫助讀者方便構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)，從而為進(jìn)一步計算和作圖打下基礎(chǔ)。

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