碳纳米管上金纳米颗粒的结构与径向分布函数
近年来的实验发现，金属原子可以在碳纳米管表面形成尺寸均匀分布的纳米颗粒。这种新涌现的金属纳米颗粒-碳纳米管复合材料在燃料电池、催化剂、微波吸收材料、纳米电子器件和光电子器件等方面有着广泛的技术应用前景(实验上，金属纳米颗粒-碳纳米管复合材料主要通过化学和物理的方法获得。化学方法是通过化学还原反应在碳纳米管上生成金属纳米颗粒，而物理方法则是直接在碳纳米管上沉积气相金属原子。实验结果显示，金属原子在碳纳米管上不是形成薄的二维膜状结构，而是形成三维颗粒结构，即颗粒沿管表面方向生长的同时必然伴随其高度方向的生长。对于在碳纳米管上的金纳米颗粒，较大的颗粒呈现明显的晶体结构。这些纳米复合材料的生长机理不同于无基底下纳米颗粒的生长机理，人们对它们的形成机理和结构的认识还十分有限。
最近，Zhong等人在连续介质弹性理论基础上提出了一种金属纳米颗粒在碳纳米管上生长的模型，指出碳纳米管巨大的表面曲率对确定颗粒的形状起决定性作用。他们认为，由于表面应力的影响，金属纳米颗粒在纳米管表面不是以二维薄膜形式生长，而是以三维颗粒形式生长。这一结论和已有的实验结果一致并得到了进一步的实验验证。但是，采用连续介质理论描述金属纳米颗粒-碳纳米管复合结构的一个重要前提是纳米颗粒必须具有块体金属的原子结构。较大的金属纳米颗粒能满足这一条件，小金属纳米颗粒却难以保证一定具有和块体金属一样的晶体结构。由于实验上测定小金属纳米颗粒结构比较困难，而采用第一性原理计算，工作量又十分巨大，因此采用原子尺度上的计算和模拟来研究小金属纳米颗粒在碳纳米管表面上的结构具有独特的优势。
湘潭大学材料与光电物理学院李俊等人利用分子动力学模拟研究了室温下金纳米颗粒在碳纳米管表面的结构和作用能。研究结果表明，金纳米颗粒随着尺寸的增大会发生不同于孤立状态下的结构转变。当原子数小于130时，颗粒属于无序结构；当原子数大于140时，呈现面心立方晶体结构。小金纳米颗粒和碳纳米管结合紧密，相互作用能正比于面对碳纳米管的颗粒表面面积。