納米動力是實(shí)現(xiàn)納米機(jī)械的重要條件，如何在納米尺度上將其他能量轉(zhuǎn)化為動能是當(dāng)前納米科技研究的熱點(diǎn)。上海大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)研究所的張?zhí)镏医淌谕ㄟ^計算機(jī)模擬，發(fā)現(xiàn)一定直徑以上的碳納米管經(jīng)觸發(fā)后會發(fā)生多米諾骨牌式的塌陷，釋放相應(yīng)的勢能。基于這一現(xiàn)象，他進(jìn)一步模擬了含有碳60“子彈”的碳納米管“納米槍”，其出口速度可達(dá)1km/s，是真實(shí)槍械A(chǔ)K47的1.5倍，沙漠之鷹（Desert Eagle，DE）的10倍。該研究成果發(fā)表在《物理評論快報》（Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 175501）上。

    單壁碳納米管（SWCNTs）具有兩種可能穩(wěn)定存在的結(jié)構(gòu)——管狀或塌陷的層狀。張?zhí)镏矣梅肿觿討B(tài)方法模擬了管狀SWCNTs在一頭被外力壓塌后的行為，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，半徑大于3.5納米的單壁碳納米管從能量較高的管狀塌陷為能量較低的層狀，并且從外力作用處開始沿著管的延伸方向發(fā)生多米諾骨牌式的連續(xù)塌陷，直至整條碳納米管完全塌陷，并在此過程中釋放相應(yīng)的范德華勢能。研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生多米諾骨牌的原因是，當(dāng)管狀SWCNTs的一圈碳原子發(fā)生塌陷時，所釋放的動能足以觸發(fā)鄰近的一圈碳原子也發(fā)生塌陷，從而觸發(fā)更遠(yuǎn)的部分發(fā)生塌縮。這種多米諾效應(yīng)的速度高達(dá)1km/s。

    往SWCNTs中裝入碳60分子形成“納米豆莢”（nanopeapods）已在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)。張?zhí)镏覄t模擬了當(dāng)“納米豆莢”外的SWCNTs發(fā)生塌陷時，其內(nèi)的碳60分子被迫擠出的行為，并形象地將其比喻為“納米槍”。經(jīng)計算，碳60“子彈”射出SWCNTs管口的出口速度高達(dá)1.13km/s，是AK47沖鋒槍的1.5倍，沙漠之鷹手槍的10倍。

    11月6日《自然》雜志重點(diǎn)推薦了該論文，并同時在“自然—中國”網(wǎng)站作為“亮點(diǎn)”進(jìn)行了介紹。據(jù)張?zhí)镏医榻B，他是在研究碳納米管雙穩(wěn)開關(guān)器件的過程中發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的。下一步的研究目標(biāo)是在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證碳納米管雙穩(wěn)器件的可行性。目前這一結(jié)果僅限于分子動力學(xué)模擬，但是張已有初步的實(shí)驗(yàn)方案�！耙苍S不久的將來，我們可在實(shí)驗(yàn)中觀察到這一現(xiàn)象”，他說。

    當(dāng)問到為什么想到將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與兵器性能相比較時，張?zhí)镏艺f：“以前讀書的時候特別喜歡玩CS（CouterStrike，反恐精英）游戲，而AK47和沙漠之鷹是我最喜歡的兩種兵器。所以就拿來比較了。”

（《物理評論快報》（PRL），101, 175501 (2008)，Tienchong Chang）