Механизмы образования, транспортные и адсорбционные свойства углеродных и неуглеродных наноструктур

• Автор: Федоров, Александр Семенович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 249 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Цель работы и задачи исследования

Научная новизна

Научное и практическое значение работы

Достоверность полученных результатов

Глава 1. ОБРАЗОВАНИЕ ФУЛЛЕРЕНОВ И ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИХ СИНТЕЗ..

1.1. Модели образования фуллеренов

Сборка фуллерена из фрагментов графита

Модель «улитки»
Путь Пентагона
Путь фуллерена
Отжиг углеродных кластеров
Монте-Карло и молекулярно-динамические расчеты образования молекул фуллеренов24 Молекулярно-динамические исследования методом сильной связи
1.2. Модель формирования углеродных кластеров и молекул фуллерена в плазме с учетом заряда частиц
Влияние зарядов углеродных кластеров на процесс образования из них молекулы
фуллерена
Построение модели для расчета вероятности образования фуллеренов в плазме
Результаты расчетов вероятности образования фуллеренов
1.3. Развитие модели расчета образования фуллеренов в плазме
1.4. Образование эндоэдральных фуллеренов и гетерофуллеренов
1.4.1. Модель расчета образования металлофуллеренов Ме@С84 в плазме
1.4.2. Результаты расчетов скорости образования металлофуллеренов
1.4.3. Выводы
Глава 2. ЭФФЕКТИВНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ
ОДНОСЛОЙНЫХ НАНОТРУБОК
2.1. Введение
2.2. Детали метода упрощения расчётов однослойных нанотрубок
2.3. Причина возможных погрешностей метода
2.4. Результаты расчета электронной структуры ГП
2.5. Применение метода ГП для расчета упругих свойств углеродных и неуглеродных напотрубок
Глава 3. ТРАНСПОРТ ВОДОРОДА ВНУТРИ УЗКИХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК.

3.1. Динамика молекул водорода внутри узких углеродных нанотрубок с учетом квантовых эффектов
3.1.1. Задача разделения изотопов
3.1.2. Новый подход к разделению изотопов с помощью поперечной локализации
3.1.3. Описание оригинального метода расчета подвижности из-за туннелирования
молекул в однорядных системах
3.1.4. Детали вычислений
3.1.5. Полученные результаты
3.1.6. Выводы
3.2. Термоактивированный транспорт молекул водорода внутри узких однослойных углеродных нанотруб
3.2.1. Влияние фононов на транспорт водорода в узких УНТ

3.3. Направленный термоактивированный транспорт водорода в узких УНТ
Глава 4. АДСОРБИРОВАНИЕ ВОДОРОДА НА ПОВЕРХНОСТИ ОДНОСЛОЙНЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК И ВНУТРИ НАНОЧАСТИЦ НА ОСНОВЕ МАГНИЯ
4.1. Адсорбция водорода на поверхности УНТ
4.1.1. Построение модели
4.1.2. Результаты и их обсуждение
4.1.3. Выводы
4.2. Исследование адсорбции водорода на комплексе «поверхность платины/ углеродная нанотрубка»
4.2.1. Введение
4.2.2. Детали расчёта и вычислительный метод
4.2.3. Результаты и их обсуждение
4.2.4. Выводы
4.3. Изучение абсорбции водорода внутри наночастиц магния и разбавленных
растворов с легкими d-металлами (Sc, Ti)
4.3.1. Введение
4.3.2. Детали расчетов и полученные результаты
Глава 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ НОВЫХ НЕУГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
5.1. Структура и свойства нанотрубок ВеО
5.1.1. Введение
5.1.2. Метод расчета и энергетические характеристики
5.1.3. Электронная структура нанотрубок ВеО
5.2. Энергетические и электронные свойства неуглеродных напотруб на основе диоксида кремния
5.2.1. Введение
5.2.2. Классификация нанотруб
5.2.3. Метод расчёта
5.2.4. Геометрические характеристики
5.2.5. Энергетические характеристики
5.2.6. Электронная структура и ее зависимость от деформации НТ
5.2.7. Выводы
5.3. Атомная и электронная структура нанотрубок SixCi.x
5.3.1. Введение
5.3.2. Метод расчета
5.3.3. Результаты расчетов
5.3.4. Выводы
ВЫВОДЫ
Благодарности
Список цитированной литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы.
В последнее десятилетие резко возрос интерес как к научным аспектам, так и к практическим приложениям различных наноматериалов. Именно с возможностью создавать наноструктуры с требуемыми свойствами связывают ближайшие перспективы в развитии принципиально новой базы микроэлектроники, эффективных аккумуляторов, сверхпрочных материалов, высокоэффективных катализаторов и т.д. При этом стоимость получения и экспериментального изучения таких объектов быстро растет по мере уменьшения их размеров, особенно в области манометрового диапазона, и здесь перспективным является теоретическое моделирование свойств нанообъектов с использованием методов квантовой химии. Это позволяет избежать проведения дорогостоящих экспериментов и сократить время исследования. В тоже время достоверность таких исследований обычно достаточно высока, особенно при использовании неэмпирических, ab-initio методов расчета, в которых пет никаких эмпирических параметров.
Одними из перспективных для нанотехнологии объектов являются наноструктуры, состоящие исключительно из атомов углерода. Открытые в 80х годах новые углеродные наноструктуры- фуллерены, а затем и углеродные наноотрубки (УНТ) целиком состоят из 8р2-связанных атомов и проявляют уникальные физико-химические свойства. Прочность и легкость этих структур, огромная удельная поверхность, большая величина проводимости и возможность
концентрации и это существенный шаг на пути к управляемому синтезу фуллеренов и, возможно, фуллереновых производных.
Построение модели для расчета вероятности образования фуллеренов в плазме
А. Оценки скорости образования фуллерена С<;о в зависимости от параметров углеродно-гелиевой плазмы
В этом параграфе мы рассмотрим зависимость формирования фуллерена Сбо от таких параметров плазмы, как температура Т и концентрация электронов пе (см. работу авторов [41]). Из возможных путей сборки фуллерена были выбраны различные пути сборки из углеродных кластеров, состоящих только из пятиугольников и шестиугольников, например:
Для каждого кластера С к с зарядами —2, —1, 0, +1 методом псевдопотенциала
в рамках формализма функционала плотности (ОйТ) [42,43] с градиентными поправками (вОА-РВЕ) были вычислены энергии связи. Далее из разностей энергий связи нейтральных и заряженных кластеров вычислялись потенциал ионизации Е„ сродство к электрону ЕА) и второе сродство к электрону ЕА?. Физический смысл этих трех величин есть энергия, затраченная на отрыв электрона от нейтрального кластера и энергия, выделяющаяся при присоединении к нейтральному кластеру одного или двух электронов: