Исследование свойств фуллеренов и нанотрубок методом молекулярной динамики

• Автор: Корнилов, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 167 с. : ил

Содержание
4..........................................................................Введение
1. Обзор литературы и постановка задачи
1.1 История открытия фуллеренов и нанотрубок
1.2. Фуллерены и нанотрубки в конденсированном состоянии
1.3. Получение фуллеренов и нанотрубок
1.4. Образование фуллеренов и нанотрубок
1.5. Модели роста фуллеренов
1.5.1. Сборка фуллеренов из фрагментов графита
1.5.2. Модель улитки
1.5.3. Правило пятиугольника
1.5.4. Сборка из колец
1.5.5. Путь фуллерена
1.5.6. Отжиг углеродных кластеров
1.5.7. Кристаллизация жидкого кластера в фуллерен
1.5.8. Образование изомеров фуллеренов
^ 1.5.9. Фуллерены - зародыши сажевых частиц
1.6. Механизмы роста нанотрубок и конусов
1.6.1. Рост многооболочечных нанотрубок при помощи катализаторов
1.6.2. Механизмы роста нанотрубок с многими оболочками
1.6.3. Механизмы роста однооболочечных нанотрубок
1.6.4. Зародыши роста нанотрубок
1.6.5. Рост однооболочечных нанотрубок при помощи катализаторов
1.6.6. Образование связок нанотрубок
1.6.7. Образование углеродных конусов
1.7. Молекулярно-динамическое моделирование образования фуллеренов и нанотрубок
2. Методика моделирования
% 2.1. Моделирование самоорганизации молекул
2.2. Моделирование деформации молекул

2.3. Программная реализация метода молекулярной динамики «зарядов на связях»
3. Самоорганизация фуллеренов и нанотрубок
3.1 Самоорганизация фуллеренов
3.1.1. Результаты моделирования самоорганизации малых фуллеренов
3.1.3. Результаты моделирования самоорганизации фуллерена Сво
3.1.4. Обсуждение результатов
3.2 Самоорганизация нанотрубок
3.2.1. Методика компьютерного эксперимента
3.2.2. Результаты моделирования самоорганизации нанотрубок
3.2.3. Обсуждение результатов
4. Конформационные переходы в малых углеродных кластерах
4.1. Конформации малых углеродных кластеров
4.2. Циклогексан и бензол
4.2.1. Методика компьютерного эксперимента
4.2.2. Конформационные переходы в циклогексане
4.2.3. Конформационные переходы в бензоле
4.3. Нафталин
4.3.1. Методика компьютерного эксперимента
4.3.2. Конформационные переходы в нафталине
4.4 3-х циклические углеродные кластеры
4.4.1 Методика компьютерного эксперимента
4.4.2 Конформационные переходы в трехциклических углеродных кластерах
4.5 Обсуждение результатов
5. Деформация нанотрубок
5.1. Результаты моделирования
5.2. Обсуждение полученных результатов
6. Заключение
7. Литература
Введение

Введение
Открытие фуллеренов в 1985 г. Ричардом Смолли, Робертом Кёлом и Гарольдом Крото (Нобелевская премия по химии за 1996 г.) и открытие нанотрубок в 1991 году Суоми Ииджима положили начало систематическому исследованию поверхностных структур углерода [1]. Одной из самых важных проблем физики конденсированного состояния является определение структуры материалов, а так же путей ее достижения в ходе структурной эволюции.
Выяснение структурной эволюции с помощью различных экспериментальных методов встречает на своем пути трудности различного рода. Экспериментальные методы позволяют получить лишь косвенные данные о динамике процессов, происходящих при формировании структуры, поэтому наряду с экспериментальными методами для изучения структурной организации применяют методы компьютерного моделирования, главным образом, метод молекулярной динамики. Преимущество этого метода состоит в том, что он позволяет получать такую информацию о процессе, которая, как правило, совершенно недоступна в реальном эксперименте. Это в свою очередь дает широкую возможность для перехода от феноменологического описания к созданию строгой физической теории.
В настоящее время преимущество метода молекулярной динамики остается мало использованным в изучении процессов самоорганизации и различных свойств углеродных структур. При всем этом за последние годы на кафедре физики металлов и компьютерного моделирования в материаловедении был достигнут немалый прогресс в области изучения самоорганизации полимеров и биополимеров, а так же в изучении поведения этих материалов при деформации.
В связи с этим в работе были поставлены следующие задачи:
1. На основе созданного ранее алгоритма для изучения самоорганизации полимеров разработать программные средства для моделирования самоорганизации фуллеренов и нанотрубок.
Обзор литературы и постановка задачи

1.5.2. Модель улитки
Согласно этой модели фуллерен растет как раковина улитки (рис. 1.5). При этом растущий кластер, состоящий из пяти и шестиугольников, постепенно сворачивается так, чтобы минимизировать число свободных связей. Часть таких кластеров замыкается в фуллерены, а остальные вырастают в квазиспиральные частицы сажи.
Рис. 1.5. Рост углеродного кластера в модели улитки.
1.5.3. Правило пятиугольника
Предполагают, что растущий углеродный листок отжигается так, что пятиугольники разделяются шестиугольниками. В конечном итоге это приводит к образованию фуллерена Сбо- Поскольку преобладающее число кластеров, больших Сзо, содержит лишь четное число атомов, правило пятиугольника дополняют еще одним условием: рост Сбо происходит в результате последовательного присоединения кластеров С2.
1.5.4. Сборка из колец
Согласно этой модели (рис. 1.6) рост фуллерена начинается с кластера Сю-