Формирование углеродных наноструктур и фаз на их основе

• Автор: Шабиев, Фарид Канафеович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 122 с. : ил.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ГЛАВА 1. НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ УГЛЕРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1.1 Углеродные наноструктуры

1ЛЛ Фуллерены

L1.2 Нанотрубки

1Л .3 Новые углеродные наноструктуры

1.2 Механизмы формирования углеродных наноструктур

1.2.1 Механизмы формирования фуллеренов

1.2.2 Механизмы формирования нанотрубок

1.3 Фазы на основе углеродных наноструктур

1.3.1 Фуллереновые конденсаты

1.3.2 Полимерные фазы на основе фуллеренов
1.4. Постановка задачи исследования
2. МЕТОДЫ И ОБРАЗЦЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 .Методы расчета углеродных наноструктур и структурные модели
2.3.1. Методы молекулярной механики
2.1.2. Полуэмпирические квантово-механические методы
2.3.2. Методика моделирования взаимодействия углеродных нанотрубок с отдельными атомами и карбиновыми цепочками
2.3.3. Методика моделирования формирования углеродных наноколец и фаз на их основе
ГЛАВА 3. ФОРМИРОВАНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК, СОДЕРЖАЩИХ АТОМНЫЕ ЦЕПОЧКИ
3.1. Результаты моделирования структуры углеродных нанотрубок и карбиновых цепочек
3.2. Результаты модельных расчетов взаимодействия углеродных нанотрубок и карбиновых цепочек

3.3. Результаты модельных расчетов взаимодействия углеродных
нанотрубок и отдельных атомов углерода
ГЛАВА 4. СТРУКТУРА УГЛЕРОДНЫХ НАНОКОЛЕЦ И НОВЫХ ФАЗЫ НА ИХ ОСНОВЕ
4.1. Результаты модельных расчетов структуры отдельных углеродных наноколец
4.2. Моделирование процесса формирования наноколец из карбиновых цепочек
4.3. Результаты моделирования взаимодействия углеродных наноколец с карбиновыми цепочками
4.4. Результаты исследования формирования новых фаз на основе углеродных наноколец
ГЛАВА 5. ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
5.1. Механизм формирования углеродных нанотрубок, содержащих атомные цепочки
5.2. Возможные механизмы формирования углеродных наноколец
5.3. Механизм формирования углеродных фаз на основе углеродных наноколец
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы.
Открытие в 1985 году фуллеренов и в 1991 углеродных нанотрубок, обладающих уникальными физико-техническими свойствами стимулировало поиск новых углеродных наноструктур. Способность углеродных атомов находиться в различных гибридизированных состояниях и образовывать огромное количество разнообразных химических соединений, является основой для предположения о том, что кроме открытых к настоящему времени углеродных наноструктур может существовать множество других. Исследование процессов формирования углеродных наноструктур и поиска путей синтеза новых наноструктурированных углеродных фаз является актуальной задачей физики конденсированного состояния, так как нанометровые размеры структурных элементов этих фаз обуславливают их уникальные физико-химические свойства, которые могут быть широко использованы на практике.
Особенностью открытия известных к настоящему времени углеродных наноструктур - фуллеренов, эндоэдральных фуллеренов, нанотрубок, пиподов является то, что прежде чем они были синтезированы экспериментально, возможность их существования была предсказана в результате теоретического анализа и модельных расчетов. Кроме того, теоретически предсказана возможность устойчивого существования грифинофуллеренов, графитовых нанотрубок, наноторов, клесрита и других наноструктурированных углеродных фаз, работы, по синтезу которых ведутся в настоящее время. По-видимому, возможно существование еще большего количества других еще не изученных углеродных наноструктур. Поэтому, необходимы предварительные модельные и теоретические исследования. Широкое практическое применение углеродных наноструктур в первую очередь возможно в виде наноструктурированных углеродных фаз. Поэтому актуальной является также задача моделирования и теоретического

координаты некоторого поднабора атомов, и выполнялся расчет энергии новой конфигурации атомов в наноструктуре. Далее осуществляется расчет производной от энергии ЕМм+ по атомным координатам, определяя при этом насколько, и в каком направлении, будет происходить следующее изменение геометрических характеристик. Процесс продолжается до тех пор, пока не будет, достигнут полный минимум энергии ЕМм+-
В качестве критерия сходимости при расчетах было принято значение изменения энергии 0.003 ккал/моль, так как при выборе меньшего значения критерия 0.001 ккал/моль часто оказывалось, что минимизация энергии не приводила к обнаружению абсолютного минимума, а заканчивалась в точке соответствующей локальному минимуму энергии. Это происходило благодаря тому, что величина градиента энергии около седловой точки, как около минимума, является очень маленькой (рис. 2.2.) [128].
Рис.2.2. Кривая, описывающая потенциал взаимодействия системы [128].
Найденные геометрически оптимизированные углеродные наноструктуры использовались для дальнейших расчетов, в ходе которых определялись их энергетические характеристики.