納米動力是實現(xiàn)納米機械的重要條件，如何在納米尺度上將其他能量轉化為動能是當前納米科技研究的熱點。上海大學應用數(shù)學和力學研究所的張?zhí)镏医淌谕ㄟ^計算機模擬，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，釋放相應的勢能。基于這一現(xiàn)象，他進一步模擬了含有碳60“子彈”的碳納米管“納米槍”，其出口速度可達1km/s，是真實槍械AK47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)定存在的結構——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)更遠的部分發(fā)生塌縮。這種多米諾效應的速度高達1km/s。

    往SWCNTs中裝入碳60分子形成“納米豆莢”（nanopeapods）已在實驗室實現(xiàn)。張?zhí)镏覄t模擬了當“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》雜志重點推薦了該論文，并同時在“自然—中國”網(wǎng)站作為“亮點”進行了介紹。據(jù)張?zhí)镏医榻B，他是在研究碳納米管雙穩(wěn)開關器件的過程中發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的。下一步的研究目標是在實驗室驗證碳納米管雙穩(wěn)器件的可行性。目前這一結果僅限于分子動力學模擬，但是張已有初步的實驗方案。“也許不久的將來，我們可在實驗中觀察到這一現(xiàn)象”，他說。

    當問到為什么想到將實驗結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）