Роль структурных неоднородностей в низкотемпературном поведении электронных транспортных свойств металлизированных углеродных нанотрубок

• Автор: Пономарёв, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 131 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СТРУКТУРА, ПОЛУЧЕНИЕ, ПРИМЕНЕНИЕ И СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

§1.1 Структура и получение УНТ

§ 1.2 Применение УНТ

§1.3 Физические свойства УНТ

1.3.1 Сорбционные свойства

1.3.2 Электрические свойства

1.3.3 Тепловые свойства

§ 1.4 Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

§2.1. Адсорбция газа и образование новых соединений в углеродных нанотрубках
§2.2. Квантовая теория химической активности поверхности переходных металлов
2.2.1 Физическая модель и гамильтониан
2.2.2. Адсорбция газа и образование новых соединений в углеродных нанотрубках
2.2.4. Гибридизация разделенных электронов молекулы и поверхности углеродных нанотрубок
2.2.5. Кинетика образования новых химических связей
Выводы
ГЛАВА 3. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ КИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
§3.1. Термоэдс
3.1.2. Время релаксации

3.1.3. Одночастичная термоэдс
3.1.4. Многоэлектронный вклад в термоэдс
3.1.5. Рассеяние электронов на динамических конфигурационных
возбуждениях. Динамический одноэлектронный и многоэлектронный
вклады в термоэдс
Выводы
§3.2. Электропроводность и теплопроводность
3.2.1. Электропроводность
3.2.3. Электронная теплопроводность
Выводы
ГЛАВА 4 НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
§4.1 Динамические конфигурационные возбуждения в УНТ
§4.2 Низкотемпературная теплоёмкость ДКВ
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Современное развитие нанотехнологий требует все более глубокого и полного понимания свойств наноматериалов. Открытие в 1991 году зарубежными [1] и отечественными [2] учеными нового класса замкнутых поверхностных структур углерода, сфероидальная либо цилиндрическая поверхность которых выполнена шестиугольниками и пятиугольниками с атомами углерода в вершинах, положило начало одному из направлений нанотехнологий, связанному с исследованиями и разработками углеродных нанотрубок (УНТ).
УНТ являются уникальными- макромолекулярными системами, зачастую имеющими диаметры меньше 10 нм. В связи-с этим, нанотрубки попадают в диапазон-размеров, где становятся важны квантовые эффекты.
Одностеночные № многостеночные УНТ могут быть получены различными способами и, в зависимости от способа- их синтезирования, обладают той или иной концентрацией примесей (частиц металлического катализатора, аморфного углерода и т.д.) и присоединенных радикалов (ОН, СО и т.п.).
Адсорбция молекул газа нанотрубками благодаря естественному присутствию в них разного рода структурных дефектов может проходить по механизму [170], определяющему диссоциацию молекул газа и образование новых химических связей, приводя к металлизации- УНТ. Возникновение новых связей (пар атомов)- в структуре- УНТ и их переход в основное состояние (релаксация), видимо, в масштабах наносистемы аналогичны по своему влиянию на формирование тепловых и электронных транспортных свойств наносистем возникновению и релаксации структурных образований типа ближнего порядка в аморфных системах [3 - 6]. Поэтому нам представляется интересным исследовать механизм адсорбции кислорода в УНТ.

В [127] теоретически рассчитано межслоевое сопротивление многостенных углеродных нанотрубок с учетом только туннельного эффекта. Показано, что в проводимости бездефектной МУНТ основную роль играют внешние «стены», то есть межстенная проводимость существенно меньше межтрубной баллистической проводимости для длинных МУНТ.
Позднее, методом функционала плотности [128], рассмотрены концентрические трубки с кресельной хиральностью и обнаружено отсутствие каких-либо изменений баллистической проводимости с учетом или без межслоевого туннелирования. В более поздней работе [129] вычислено межслоевое сопротивление R.21 в зависимости от температуры,Т и уровня Ферми 8р (например, напряжения на затворе) для МУНТ различной хиральности внутренних и внешних труб. В работе использована теория ферми-жидкости для описания кулоновского рассеяния в МУНТ, которая дает возможность сравнить будущие эксперименты с теорией Латтинжеровой жидкости в исследовании электросопротивления трубок (рис. 1.9).
Рис. 1.9. График зависимости удельного сопротивления от е? при разных значениях температур [129].