Особенности адсорбции легких атомов и простых молекул на поверхности углеродных нанотрубок

• Автор: Шамина, Елена Николаевна
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 144 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 Структура, свойства, методы исследования и применение углеродных нантрубок

1.1 Структура углеродных нанотрубок

1.2 Электронное строение углеродных нанотрубок

1.3 Адсорбционные свойства углеродных нанотрубок

1.4 Хиральный адсорбционный эффект

1.5 Химические и биологические сенсоры на основе углеродных нанотрубок

1.6 Кластерные модели твердого тела

1.7 Полуэмпирические методы расчета электронного строения молекул и

твердых тел
ГЛАВА 2 Хиральный эффект адсорбции одновалентных и двухвалентных атомов на поверхности углеродных нанотрубок
2.1 Выбор модели углеродных нанотрубок
2.2 Влияние адсорбции атомов на электронное строение ахиральных углеродных нанотрубок
2.3 Влияние адсорбции атомов на электронное строение хиральных углеродных нанотрубок
2.4 Хиральный эффект атомарной адсорбции
2.5 Выводы
ГЛАВА 3 Хиральный эффект диссоциативной адсорбции простых молекул на поверхности углеродных нанотрубок
3.1 Выбор модели углеродной нанотрубки
3.2 Влияние адсорбции молекул на электронное строение ахиральных углеродных нанотрубок
3.3 Влияние адсорбции молекул на электронное строение хиральных углеродных нанотрубок
3.4 Хиральный эффект адсорбции

3.5 Выводы
ГЛАВА 4 Эффект адсорбции молекулы бензола на поверхности углеродных нанотрубок
4.1 Выбор модели углеродных нанотрубок
4.2 Влияние растворителя бензола на электронное строение углеродных нанотрубок
4.3 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
В наши дни технологический прогресс достиг высокого уровня развития. Микрокомпоненты современной техники становятся всё менее актуальными, постепенно вытесняясь нанокомпонентами. Таким образом, возникла необходимость освоения нового уровня интеграции - наноуровня. И как следствие, появилась потребность в создании и исследовании новых перспективных материалов - наноструктурных материалов (НСМ) [1 - 3].
В соответствии с терминологией международного журнала «Наноструктурные материалы» («NanoStructured Materials»), кристаллические вещества, содержащие структурные элементы, размеры которых хотя бы в одном измерении менее 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками относят к наноструктурным материалам. По геометрическим признакам НСМ классифицируются на: нульмерные атомные кластеры и частицы, одномерные трубчатые структуры, двумерные мультислои, покрытия и ламинарные структуры и трехмерные объемные нанокристаллические и нанофазные материалы. [1-3]
Среди упомянутых типов наноструктурных материалов отдельное место занимают новые формы существования углерода — нанотрубки (УНТ). Следует отметить, что еще в 1952 г. отечественные ученые [4], а позднее в 1976 г. группа Эндо [5] наблюдали эти углеродные структуры в электронный микроскоп. Хотя открытию УНТ уже более пятидесяти лет, их интенсивные исследования начались только в последнее десятилетие прошлого века. Реальная структура УНТ была открыта и исследована в 1991 г. японским физиком Иджимой (Iijima) [6, 7] в углеродных наростах (депозитах) на катоде при получении фуллеренов в электрической дуге. Для изучения их геометрической структуры и физико-химических свойств используют современные экспериментальные и теоретические методы исследования (различные виды

стехиометрией кристалла; в) решение должно быть устойчиво при расширении кластера.
Подобный подход приемлем, когда граничный атом кластера имеет одну разорванную связь. В случае, если граничный атом имеет две и более разорванные связи, применение метода замыкания их псевдоатомами становиться затруднительным [67,68].
Кластер имеет симметрию более низкую, чем точечная симметрия кристалла, что затрудняет использование данного подхода в задачах, в которых существенное значение имеет симметрия выделенного центра и ближний порядок. [67,68]
Модель молекулярного кластера позволяет сравнительно легко описывать структурные дефекты, функциональные группы на поверхности и т.д. Это способствует широкому ее применению в большинстве хемосорбцион-ных задач, рассматриваемых в настоящее время в литературе [67,68].
1.7 Полуэмпирические методы расчета электронного строения молекул и твердых тел
Как упоминалось выше, в работе для расчета геометрических характеристик и электронного строения углеродных наночастиц используются квантово-химические полуэмпирические методы М№Ю [69, 70], РМЗ [71, 72] и ЯМ1 [73]. Методы относятся к группе квантово-химических методов самосогласованного поля Хартри-Фока, в которых используется адиабатическое, одноэлектронное и МО ЛКАО (молекулярная орбиталь как линейная комбинация атомных орбиталей) приближения [29]. Применимость (адекватность) данных методов к изучению физико-химических свойств углеродных нанотрубок исследовано в цикле работ [44, 48, 49, 55-57].
Метод 1УШБО (МПДП - модифицированное пренебрежение двухатомным перекрыванием) является полуэмпирическим вариантом метода N000 (ПДДП — пренебрежение двухатомным дифференциальным перекрыванием).