Сенсорные свойства полупроводниковых нанотубулярных систем

• Автор: Поликарпова, Наталья Павловна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 142 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА

СТРОЕНИЕ И НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ И БОРНЫХ НАНОТРУБОК

1.1 Классификация нанотубулярных структур

1.2 Сорбционные свойства углеродных нанотрубок

1.3 Сенсорные свойства углеродных нанотрубок и газовые сенсоры

на основе УНТ

1.4 Нанотубулярные формы бора: структурные модификации, проводящие характеристики и получение
ГЛАВА

МОДЕЛИ И МЕТОДЫ РАСЧЁТА НАНОСИСТЕМ

2.1 Модель молекулярного кластера
2.2 Модель ионно-встроенного ковалентно-циклического кластера
для расчёта нанотубулярных структур
2.3 Полуэмпирический метод ММЗО и ММЮ-РМ/З
2.4 Теория функционала плотности
ГЛАВА
КАРБОКСИЛИРОВАННЫЕ УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ КАК АКТИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ СЕНСОРНЫХ УСТРОЙСТВ
3.1 Механизм краевой функционализации углеродной нанотрубки
карбоксильной группой СООН
3.2 Механизм взаимодействия карбоксилированной углеродной нанотрубки с некоторыми атомами щелочных металлов
3.3 Сенсорные свойства карбоксилированной углеродной нанотрубки в отношении некоторых атомов и ионов щелочных металлов

ГЛАВА
СЕНСОРНАЯ АКТИВНОСТЬ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
В ОТНОШЕНИИ МОЛЕКУЛ ОРГАНИЧЕСКИХ СПИРТОВ
4.1 Моделирование процесса взаимодействия некоторых органиче- 81 ских молекул спиртов с однослойными углеродными нанотрубками
4.2 Экспериментальное исследование поверхностной активности 97 углеродных нанотрубок в отношении органических спиртов
ГЛАВА
ПОВЕРХНОСТНАЯ АКТИВНОСТЬ БОРНЫХ НАНОТРУБОК В ОТНОШЕНИИ АТОМАРНОГО ВОДОРОДА

5.1 Механизм адсорбции атома водорода на поверхности борной нанотрубки
5.2 Протонная проводимость борных нанотруб

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ БЛАГОДАРНОСТИ

ВВЕДЕНИЕ
На протяжении последних лет в различных областях науки и техники все более популярными становятся объекты нанометрового масштаба. Это фуллерены, углеродные нанотрубки (УНТ), нанокомпозиты, тонкопленочные многослойные наноструктуры и т.д. Подобные системы интересны сочетанием ряда параметров, недостижимых для традиционных моно- и поликристал-лических структур. Проблема создания твердотельных наноструктур с заданными свойствами и контролируемыми размерами входит в число важнейших задач XXI века. Ее практическое решение вызовет революцию в материаловедении, электронике, механике, химии, медицине и биологии.
Открытие УНТ относится к наиболее значительным достижениям современной науки. Нанотрубки следует рассматривать как новый материал с уникальными физико-химическими свойствами, открывающий большие возможности для широкого применения [1-4]. Разнообразие новых и необычных механических, электрических и магнитных свойств трубок обеспечивает основу прорыва в электронной технике и наноэлектронике. УНТ обладают необычными электронными свойствами. Только треть их них имеют металлический тип проводимости, а остальные принадлежат к классу полупроводников.
Помимо углеродных нанотрубок особое внимание в последние годы уделяется недавно синтезированным борным нанотрубкам [5-9], обладающим более стабильными проводящими характеристикам. Обнаружено, что все они, независимо от особенностей морфологии поверхности, типа и диаметра, являются узкозонными полупроводниками. Именно эта стабильность позволяет ожидать, что борные нанотубулярные системы станут функциональными элементами нового поколения электронных устройств.
Для исследования наноструктур в настоящее время используется весь спектр современной техники, в том числе одним из мощнейших инструментов нанотехнологии является сканирующая зондовая микроскопия [10, 11].

помехи от относительной влажности при комнатной температуре. Другими основными недостатками являются медленное восстановление и низкая селективность. Были предприняты различные попытки преодолеть эти ограничения. Нестабильность УНТ на воздухе при повышенной температуре ограничит работу газовых сенсоров на основе нанотрубок при высокой температуре. Необходимо активизировать усилия по изучению долгосрочной стабильности и надежности углеродных датчиков на основе нанотрубок. Тем не менее, углеродные нанотрубки - это выдающиеся наноматериалы для наносенсоров. Поэтому необходимо активно изучать механизмы их действия и исследовать возможности использования таких сенсоров для определения не только газов, но и других веществ.
1.4 Нанотубулярные формы бора: структурные модификации, проводящие характеристики и получение
Одним из вариантов структурного развития бора можно предположить образование его стабильной квазипланарной формы, аналогичной структуре графита [77]. Это так называемый гексагональный бор. Он представляет собой одномерную плоскую структуру, состоящую из 'набора гексагональных циклов, где ближайшим окружением каждого атома бора являются три атома В. Химические связи определены сильными ковалентными взаимодействиями, обусловленными яр-гибридными орбиталями, аналогично графиту. По аналогии с углеродными нанотрубками можно предположить возможность образования борных нанотруб скручиванием гексагонального квазипланар-ного бора. В [15] представлены расчеты электронной структуры, энергетических и геометрических характеристик гексагонального бора методом ионно-встроенного ковалентно-циклического кластера (ИВ-КЦК) в рамках полуэм-пирической схемы ММЮ [13]. Синтез нанотрубок из бора был освоен совсем недавно, в 2004 году, и их природа и свойства до сих пор не изучены в полной мере.