Моделирование углеродных наноструктур и их свойств методом молекулярной динамики

• Автор: Белова, Елена Эдуардовна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: москва
• Количество страниц: 132 с., ил.

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Синтез многотерминальных нанотрубных соединений

1.2 Структура многотерминальных нанотрубных соединений и их классификация

1.3 Графен

1.4 Ковалентно-связанные углеродные нанотрубы

1.5 Механические свойства многотерминальных нанотрубных соединений

Глава 2. Метод молекулярной динамики

2.1 Многочастичный модифицированный потенциал Бреннера

2.2 Расчет силы, действующей на атом в поле многочастичного модифицированного потенциала Бреннера

2.3 Численный алгоритм Бимана. Начальные условия

2.4 Геометрическая оптимизация методом отжига

2.5 Метод изокинетической МД
2.6 Блок-схема алгоритма
Глава 3. Новые графеновые структуры
3.1 Схема компьютерного эксперимента
3.2 Графены с вакансиями
3.3 Графены с адсорбированными Н-атомными парами
3.4 Выводы главы
Глава 4. Ковалентные соединения углеродных нанотруб
4.1 Основные типы ковалентных нанотрубных соединений
4.2 Моделирование реакции димеризации пересекающихся под прямым углом нанотруб (9,0) и (5,5)
4.2.1 Схема компьютерного эксперимента
4.2.2 Результаты моделирования
4.3 Выводы главы
Глава 5. Механические свойства нанотрубных несимметричных Усоединений и их приложения
5.1 Поведение нанотрубных несимметричных У-соединений под внешней нагрузкой
5.1.1 Схема компьютерного эксперимента
5.1.2 Нанотрубное соединение (Ю,0),(4,4)ВН4О1
5.1.3 Нанотрубное соединение (19,0),(9,9)ВН6

5.1.4 Двойное нанотрубное соединение
(10,0),(4,4)ВН401 @( 19,0),(9,9)ВН6
5.2 Применение нанотрубно го несимметричного У-соединения в качестве собачки молекулярного храповика
5.2.1 Молекулярный храповик
5.2.2 Схема компьютерного эксперимента
5.2.3 Результаты компьютерного эксперимента
5.3 Выводы главы
Заключение
Список литературы

Несколько последних десятилетий общественной жизни были ознаменованы появлением и бурным развитием нанотехнологии, науки занимающейся изучением свойств объектов и разработкой устройств порядка нанометра (10‘9 м). Впервые о возможности создания механизмов атомарных размеров еще в 1960 г. объявил Ричард Фейнман в своей знаменитой лекции «Внизу полным-полно места...» [1]. Его идеи, казавшиеся тогда современникам фантастическими, на нынешнем этапе развития технологии выглядят вполне реальными. Появление таких методов исследования как атомно-силовая микроскопия и туннельная электронная микроскопия позволили не только увидеть атомную структуру материалов, но и проводить различные манипуляции. В настоящее время принято считать, что нанотехнология является следующим логическим этапом развития электроники и других наукоёмких производств.
Большая часть разработок в области нанотехнологии связана с углеродными наноструктурными материалами. Объектом исследования данной работы являлись углеродные наноструктуры, открытые в течение последних 20 лет, а именно углеродные нанотрубы, их многотерминальные соединения и графены. Интерес к этим наноструктурам был вызван тем, что вследствие молекулярного масштаба они обладают новыми необычными физическими и химическими характеристиками. В настоящий момент благодаря своим уникальным свойствам они считаются одними из наиболее перспективных материалов наноэлектроники и наномеханики.
Реальная структура углеродных нанотруб была открыта в 1991 году Ииджимой [2]. Однако еще в 1952 году Радушкевич и Лушкинович [3], а позднее в 1976 году, независимо, Эндо с коллегами [4, 5] наблюдали эти нанообъекты в электронный микроскоп. К настоящему моменту уже

относительно атомов её образующих / и/, тогда А“"; (п,т, ЛГ“'!/)=Аа’"; (т, п, ). Если величины Лг'" и А'0' принимают нецелые значения, то значение функции А“"' [м]01, Лг) интерполируется в квадрате, которому принадлежит точка
/^(х,у)=(1-хХ1-уХ/оГ + *27,,о +/Л,01)
+ *0 - у)(/.Г + 0 - х)2 00 + У2 Ту,и )
+ (1 - *)у(/0Г + ^27,,„ + (1 - у)2 Ту.оо )
+ *у(/;г' +(1-^)7,01 +(1-^)27у,,о) (2.18)
Здесь аргументы функции хи у - числа в интервале от 0 до 1, которые равны по определению х = Щ°‘ -/Цат,“') и у = А/'1/' - 1п((а’'°'). Коэффициенты, входящие в выражение (2.18):
8
соя
/* СОП)' , гсогу
I
5
соя
/•соя/ , Г СОП)
51 + Л

(2.19)
Здесь индексы 5 и г принимают значения 0 и 1, /Г ■/“"'М. а д/сщ/8а'^(а = х,у) производные функции А1“"7 в (&,/). Значения производных мы вычисляли, используя формулу конечных разностей:
^(иН|и)-^(Я-1,и)
йрсоп1 и1
(2.20)
При этом из соображений симметрии выполнялось следующее условие:
дрс°П]
Я Г соп]

дЫ'°‘
(2.21)
Исходя из условий непрерывности первых производных функции на границе, следует, что:
ърсощ
N,7'

?}рсоп!
иГЩ°4

0 ,т

(2.22)
3 ,т