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Structural properties and thermal stability of multi-walled black phosphorene nanotubes and their operation as temperature driven nanorotors.
Nanoscale ( IF 5.8 ) Pub Date : 2020-09-01 , DOI: 10.1039/d0nr03815f Gustavo Cuba-Supanta 1 , H N Fernández-Escamilla , J Guerrero-Sanchez , J Rojas-Tapia , Noboru Takeuchi
Nanoscale ( IF 5.8 ) Pub Date : 2020-09-01 , DOI: 10.1039/d0nr03815f Gustavo Cuba-Supanta 1 , H N Fernández-Escamilla , J Guerrero-Sanchez , J Rojas-Tapia , Noboru Takeuchi
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In this paper, we explore the influence of structural properties, thermal stability, and temperature on the rotational frequency of (0,n) armchair multi-walled black phosphorene nanotubes (MWβPNTs). Using Density Functional Theory (DFT) calculations, we first determine the influence of the outer wall rotation on the structural stability of (0,12)@(0,19) DWβPNTs, and (0,12)@(0,19)@(0,26) TWβPNTs. The results indicate that the relative energies of the DW- and the TWβPNTs do not change with the rotation angle. Therefore, the outer wall rotation is not important for the structural formation of the MWβPNTs. Then, using molecular dynamics (MD) simulations, we study the structural properties, thermal stability, and rotational frequency of (0,12)@(0,19) DWβPNTs, (0,12)@(0,19)@(0,26) TWβPNTs, and (0,12)@(0,19)@(0,26)@(0,33) QWβPNTs from 1 K to 400 K. The calorific curve, the mean-squared displacement, and the radial distribution function are analyzed to characterize the temperature behavior of the MWβPNTs. In all cases, the nanotubes are rotating: they act as thermal-driven rotors as the temperature increases, with a maximum rotational frequency of 16.7 GHz (clockwise direction) at 5 K for the DWβPNTs. Our results suggest that MWβPNTs could be used to construct room temperature nanomotors.
中文翻译：
多壁黑色磷烯纳米管的结构特性和热稳定性及其作为温度驱动纳米转子的运行。
在本文中，我们探讨了结构特性，热稳定性和温度对（0，n）扶手椅多壁黑色磷光纳米管（MWβPNTs）。使用密度泛函理论（DFT）计算，我们首先确定外壁旋转对（0,12）@（0,19）DWβPNTs和（0,12）@（0,19）@的结构稳定性的影响。 （0,26）TWβPNTs。结果表明，DW-和TWβPNTs的相对能量不随旋转角度而变化。因此，外壁旋转对于MWβPNT的结构形成并不重要。然后，使用分子动力学（MD）模拟，我们研究（0,12）@（0,19）DWβPNTs，（0,12）@（0,19）@（0的结构性质，热稳定性和旋转频率，26）TWβPNTs和（0,12）@（0,19）@（0,26）@（0,33）QWβPNTs从1 K到400K。发热量曲线，均方位移，分析了径向分布函数，以表征MWβPNT的温度行为。在所有情况下，纳米管都在旋转：随着温度的升高，它们充当热驱动转子，对于DWβPNT，在5 K时最大旋转频率为16.7 GHz（顺时针方向）。我们的结果表明，MWβPNTs可用于构建室温纳米电机。
更新日期：2020-09-18
中文翻译：
多壁黑色磷烯纳米管的结构特性和热稳定性及其作为温度驱动纳米转子的运行。
在本文中，我们探讨了结构特性，热稳定性和温度对（0，n）扶手椅多壁黑色磷光纳米管（MWβPNTs）。使用密度泛函理论（DFT）计算，我们首先确定外壁旋转对（0,12）@（0,19）DWβPNTs和（0,12）@（0,19）@的结构稳定性的影响。 （0,26）TWβPNTs。结果表明，DW-和TWβPNTs的相对能量不随旋转角度而变化。因此，外壁旋转对于MWβPNT的结构形成并不重要。然后，使用分子动力学（MD）模拟，我们研究（0,12）@（0,19）DWβPNTs，（0,12）@（0,19）@（0的结构性质，热稳定性和旋转频率，26）TWβPNTs和（0,12）@（0,19）@（0,26）@（0,33）QWβPNTs从1 K到400K。发热量曲线，均方位移，分析了径向分布函数，以表征MWβPNT的温度行为。在所有情况下，纳米管都在旋转：随着温度的升高，它们充当热驱动转子，对于DWβPNT，在5 K时最大旋转频率为16.7 GHz（顺时针方向）。我们的结果表明，MWβPNTs可用于构建室温纳米电机。
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