Размерная модуляция электронной структуры и эффекты сильного электрического поля в ультракоротких углеродных нанотрубках

• Автор: Тучин, Андрей Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 166 с. : ил.

Оглавление
Введение

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1. Строение, свойства и классификация углеродных нанотрубок

1.2. Особенности электронной структуры одностенных углеродных

нанотрубок малого диаметра

1.3. Способы модификации электронной структуры и свойств

нанотрубок

1.4. Применение нанотрубок

1.5. Размерные эффекты в ультракоротких нанотрубках малого

диаметра
1.6. Методы получения ультракоротких нанотрубок
Цель и задачи
ГЛАВА 2. КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ НАНОТРУБОК
2.1. Метод теории функционала плотности
2.2. Квантово-химические базисы
2.3. Программный комплекс Gaussian
2.4. Детали расчетов электронной структуры ультракороткій
нанотрубок
2.5. Характеризация основного состояния фуллерена С
Краткие выводы к главе
ГЛАВА 3. РАЗМЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ В УЛЬТРАКОРОТКИХ ОДНОСТЕННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБКАХ (5, 5)

3.1. Геометрическое строение ультракороткой одностенной углеродной
нанотрубки (5, 5)
3.2. Электронная структура синглетного состояния ультракороткой
одностенной углеродной нанотрубки (5, 5)
3.3. Электронная структура триплетного состояния ультракороткой
одностенной углеродной нанотрубки (5, 5)
3.4. Электронная структура ультракороткой нанотрубки с хиральностью
(0,9)
3.5. Распределение электронной плотности граничных орбиталей
ультракоротких одностенных углеродных нанотрубок с хиральностью (5, 5) и (0,9)
3.6. Перераспределение заряда в закрытых ультракоротких одностенных
углеродных нанотрубках с хиральностью (5, 5)
Краткие выводы к главе
ГЛАВА 4. ЭФФЕКТЫ СИЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В УЛЬТРАКОРОТКИХ НАНОТРУБКАХ
5.1. Поляризация фуллерена С60 и ориентационная деформация
углеродного скелета
5.2. Квадратичный эффект Штарка в фуллерене Сб
5.3. Перестройка электронной структуры одностенной ультракороткой
углеродной нанотрубки (5, 5) в сильном электрическом поле
5.3.1. Поляризация
5.3.2. Эффект Штарка
5.4. Вибрационный эффект Штарка
5.4.1. Вибрационный эффект Штарка в фуллерене Сво
5.4.2. Вибрационный эффект Штарка в фуллерене С?о

Краткие выводе к главе
ГЛАВА 5. ПОЛИФУНКЦИОНАЛЫЮСТЬ УЛЬТРАКОРОТКИХ НАНОТРУБОК
5.1. Функциональные свойства семейства ультракоротких одностенных углеродных нанотрубок (5, 5)
5.2. Реакционная способность ультракороткой одностенной углеродной нанотрубки (5, 5)
5.2.1. Функционализация ультракороткой одностенной углеродной нанотрубки (5, 5) водородом и фтором
5.2.2. Агрегация ультракоротких нанотрубок (5, 5)
5.2.3. Синтез и исследование композита наноразмерный БіОг/углеродная нанотрубка
5.2.4. Синтез и исследование композита клиноптилолит / углеродная нанотрубка
Краткие выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Список сокращений и условных обозначений
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. База данных фундаментальных параметров ультракороткой закрытой углеродной нанотрубки (5,5)
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ИК- спектр фуллерена С60 в электрическом поле
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ИК- спектр фуллерена С70 в электрическом поле

Liu et al. [3] предварительно очищенные нанотрубки добавляли в смесь кислот H2SO4 и HNO3 (3:1), с последующим ультразвуковым диспергированием в течение 48 ч при 35-40 °С. Затем суспензию разбавляли водой и нейтрализовали щелочью NaOH. Относительно длинные УНТ (/>300 нм) отфильтровывались мембраной с размерами пор ~100 нм (PTFE, Millipore). Инфильтрат центрифугировался в течение 40 мин, далее следовала отмывка. Цикл центрифугирование/отмывка повторялся 3 раза. Авторам удалось получить ук-УОНТ длиной 5-10 нм.
Более простой метод использовали Donkor et al. [76], обработка сводилась к 10 минутному ультразвуковому диспергированию УНТ в азотной кислоте с последующим кипячением при 150°С в течение 20-44 часов. Для фильтрации УНТ использовалась мембрана Track-Etch с размером пор 100 нм (Whatman). Отмывка УНТ проводилась деионизованной водой с контролем показателя pH среды. В зависимости от времени травления 32 или 44 часа, длина ук-ОУНТ составила 50±23 нм и 30±13 нм.
Жидкостное травление является перспективным для массового получения ук-ОУНТ, однако на настоящий момент нерешенными остаются задачи с большим разбросом по длине конечных продуктов (например, 43-46% в работе Donkor et al. [76]). В свою очередь, при травлении происходит функционализа-ция УНТ. Соответствующей химической обработкой функционализированных ук-ОУНТ можно достичь высокой растворимости в воде [91], что открывает новые возможности синтеза гибридных и композитных материалов на основе ук-УОНТ и расширяет области их практического применения [92, 93].
Kato et al. [1] методом плазмохимического газофазного осаждения синтезировали ОУНТ длиной менее 100 нм с узким распределением по хиральности, преимущественно (7, 6) и (8, 4). Прецизионный контроль времени роста позволяет контролировать длину ук-ОУНТ. Sanches-Valencia et al. [2] использовали фрагмент закрытой ук-ОУНТ (6, 6) на поверхности Pt (111) как затравку для выращивания бездефектных ОУНТ контролируемой длины, вплоть до нескольких