Физические механизмы формирования фуллеренов и углеродных нанотрубок

• Автор: Алексеев, Николай Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Великий Новгород
• Количество страниц: 278 с. : 28 ил.

Оглавление
Введение
Цель работы

Основные положения, выносимые на защиту

Глава I. Сборка молекул фуллерена из углеродного пара и ее аналитическое описание

§1.1. Квантовохимическое моделирование сборки молекул фуллерена из атомов углерода

§1.2. Модель сокращенного описания сборки молекулы фуллерена из многокольцевых углеродных кластеров

Приложение к главе I

Выводы из главы I

Глава 11. Расчет образования фуллеренов в разрядной дуговой камере и его экспериментальная проверка
§11.1. Моделирование дуги в атмосфере инертного газа с испаряемым анодом как источника углерода
§11.2. Расчет газоплазменной струи, формируемой фуллереновой дугой
§11.3. Расчет эволюции углерода в газовой струе
§11.4. Роль геометрии разрядной камеры в образовании фуллеренов
§11.4.1. Оптимизация геометрии дугового синтеза фуллеренов
§11.4.2. Двухсторонняя подача газа и анализ трехмерной геометрии
§11.5. Проверка модели сборки фуллеренов с помощью зондовых экспериментов по осаждению фуллерен-содержащей сажи
§11.б. Качественные модельные расчеты газодинамики камеры и опыт эксплуатации дуговых установок нового поколения для производства фуллеренов
Выводы из главы II
Приложение к главе II

Глава III. Механизм и расчеты образования углеродных нанотрубок из частиц катализатора, пересыщенных углеродом
§111.1. Формулировка модели
§111.2. Результаты расчета модели с заданным пересыщением и соответствие модели экспериментам по выращиванию нанотрубок химическими методами
§111.3. Кинетическая задача роста нанотрубок из каталитических наночастиц
§111.3.1. Задача нуклеации нанотрубок на поверхности сферических каталитических частиц различных размеров
§111.3.2. Анализ установившегося роста нанотрубок методами квантовой химии. Диаграмма индивидиуальные малостенные нанотрубки- пучки одностенных нанотрубок- многостенные нанотрубки в координатах «температура - диаметр каталитической частицы»
§111.3.3. Кинетическая задача роста углеродных нанотрубок из каталитических частиц в порах нанопористой подложки
§111.3.4. Кинетика пересыщения и «бамбуковые» нанотрубки
§111.3.5. Возможность расчета катализатора при химическом методе выращивания углеродных нанотрубок
§111.4. Расчет условий синтеза сверхдлинных углеродных нанотрубок как иллюстрация возможных приложений теории СУО - синтеза
§111.5. Механизм получения углеродных нанотрубок в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) - варианта твердофазного каталитического синтеза
§111.5.1. СВС-синтез в системах фторопласт-литий и сода-магний без использования катализатора
§111.5.2. Влияние катализатора на морфологию продукта СВС-синтеза
Приложения к главе III
Выводы из главы III

Глава IV. Модели формирования нанотрубок в методах их синтеза, отличных от СУР, и

применимость этих моделей для развития новых технологий производства нанотрубок
§1Л1. 0 механизме зарождения нанотрубок при электрохимическом методе их синтеза и возможные перспективы такого синтеза
§1/.2. Квантовохимическое моделирование взаимодействия открытых нанотрубок с атомами металла в газовой фазе и механизм формирования однослойных нанотрубок в дуге
§1/.2.1. О возможности сборки открытых нанотрубок в присутствии катализатора
§1У.2.2. Модель роста однослойных нанотрубок в дуге
Выводы по главе IV
Основные результаты и выводы
Список цитируемой литературы
Список основных публикаций по теме диссертации
Номенклатура использованных сокращений

§1.2. Модель сокращенного описания сборки фуллерена из многокольцевых углеродных кластеров.
§1.2.1. Пути сборки фуллеренов из многокольцевых кластеров. Качественный анализ.
Исходя из результатов §1.1, акцент при анализе сборки фуллеренов был сделан на эволюции двухкольцевого кластера (бикольца), из которого вырастает односвязный остов, состоящий из пентагонов и гексагонов. Так как при использовании КХ скорость расчета спадает пропорционально А'4, учесть все пути сборки можно лишь для кластеров с весьма малым N. Мы поступали следующим образом. Для малых кластеров (7У=32) рассчитывалась скорость замыкания кластера с учетом всех возможных путей, не предусматривающих возможности дрейфа «кольцевых фрагментов» по кромке полусобранного остова поверхности фуллерена. Такой расчет позволил оценить фактор множественности путей сборки и собрать статистику вероятностей различных реакций. Для большего размера (УУ=40) было рассмотрено большое (около 20) числа возможных путей сборки. Сравнение со случаем N=32 позволило сформулировать закономерности, связанные с ростом размера кластера. Для нескольких путей было рассчитано время сборки замкнутого кластера. Для кластеров с ещё большим N (48 и 60) были рассчитаны несколько путей, которые были наиболее «быстрыми» при меньшем числе атомов. Результаты выполнения этой программы позволили разработать метод расчета сборки молекулы фуллерена.
При всем многообразии путей сборки все они реализуются через весьма небольшое количество мономолекулярных реакций, показанных на рис.1.9. Реакции- отличаются исходным положением связываемых атомов, которые являются либо первым или вторым атомами кольцевых фрагментов, либо радикалами, т.е. двухсвязными атомами с валентным углом < валентному углу в гексагоне (2тг/3). Штрихованные (1',4',5',б',