Моделирование атомной структуры и рентгеноструктурный анализ углеродных нанотрубок

• Автор: Данилов, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 188 с. : ил.

Содержание

Используемые сокращения и обозначения

Введение

Глава 1. Литературный обзор

§1.1. Аллотропия углерода

1.1.1 Кристаллические аллотропные модификации углерода

1.1.2 Молекулярно-подобные аллотропные модификации углерода

1.1.3 Аморфные аллотропные модификации углерода

1.1.4 Прочие аллотропные модификации углерода

§1.2. Структура, свойства и синтез углеродных нанотрубок (УНТ)

1.2.1. Структура УНТ

1.2.2. Свойства УНТ
1.2.3. Дифракционные исследования структуры УНТ
Глава 2. Методика эксперимента
§2.1. Расчет координат атомов ряда углеродных структур в
некристаллическом состоянии
2.1.1 Расчет координат атомов однослойных ахиральных УНТ
2.1.2 Расчет координат атомов однослойных УНТ произвольной
конфигурации
2.1.3 Расчет координат атомов многослойных УНТ произвольной
конфигурации
§ 2.2. Моделирование искажений идеальных структур
2.2.1 Моделирование случайного смещения атомов
2.2.2 Формирование плотно упакованных структур
2.2.3 Формирование моделей, состоящих из набора различных структур
§ 2.3 Расчет теоретических дифракционных картин рассеяния
§ 2.4 Методика обработки экспериментальных данных аморфных
материалов
Глава 3. Результаты компьютерного моделирования УНТ

§ 3.1. Построение моделей и расчет теоретических дифракционных картин рассеяния однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ)
3.1.1. Влияние длины ОУНТ на дифракционную картину
3.1.2. Влияние хиральности на параметры ОУНТ и картины рассеяния..
3.1.3. Сглаживание «биений» кривой H(S)
3.1.4. Влияние радиуса ОУНТ на картину рассеяния
3.1.5. Влияние закрытости ОУНТ на картину рассеяния
Выводы по § 3.
§ 3.2. Построение моделей и расчет теоретических дифракционных картин
рассеяния многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ)
3.2.1 Построение моделей МУНТ типа «русская матрешка»
3.2.2. Построение моделей МУНТ типа «свиток»
Выводы по § 3.
§ 3.3. Построение моделей и расчет картин рассеяния гексагональных графитовых сеток различных конфигураций
3.3.1. Построение сеток, состоящих из листов графена
3.3.2. Построение сеток, состоящих из листов графита
§ 3.4. Построение моделей и расчет картин рассеяния искаженных углеродных структур различных конфигураций
3.4.1. Построение моделей со случайными смещениями атомов
3.4.2. Моделирование плотноупакованных структур
3.4.3. Моделирование наборов углеродных структур
Глава 4. Результаты рентгенографических исследований образцов
углеродных материалов, содержащих УНТ
Заключение
Список литературы
Приложение. Описание работы разработанных программ
Благодарности

Используемые сокращения и обозначения
УНТ - углеродные нанотрубки;
ОУНТ - однослойные углеродные нанотрубки;
МУНТ - многослойные углеродные нанотрубки;
ОКР - область когерентного рассеяния;
I(S) - функция распределения интенсивности рассеяния;
H(S) - S-взвешенная интерференционная функция рассеяния; D(R) - распределение суммы парных функций;
ПО - программное обеспечение;
ГПУ - гексагональная плотнейшая упаковка;
НОД - наибольший общий делитель;
СК - система координат;
SWNT - Single-Walled Carbon Nanotube (ОУНТ)
MWNT - Multi-Walled Carbon Nanotube (МУНТ)
О = V п2 — пт + т2 — , (1.3)

где а - параметр гексагональной графитовой ячейки равный 2.46 А (рис. 1.18). По причине того, что индексы хиральности (п, т) - это целые числа, то с учетом (1.3) оказывается, что диаметр нанотрубки принимает лишь дискретный набор значений.
При определении длины нанотрубки оперируют таким понятием как трансляционный вектор [63, 65] - это вектор минимальной длины, соединяющий два идентичных узла вдоль оси нанотрубки. Соответственно, длина нанотрубки составляет некоторое целое число длин трансляционного вектора. Длина трансляционного вектора определяется по следующей формуле [63-65]:
Здесь НОД - наибольший общий делитель двух чисел. Очевидно, что вектор трансляции также не является величиной произвольной: он принимает дискретный набор значений, зависящих от выбранной хиральности.
Можно условно изобразить минимальную ячейку графитовой сетки, используемой при формировании ОУНТ определенной хиральности (рис.
*. у л* V /1 ft.ffl.TfiI.
Н0Д(2п — т, 2т — п)
л/3 а^1п2 — пт + т
(1.4)
1.21).
Рис. 1.21. Схема элементарной ячейки для нанотрубки (6,3) [63]