Транспортные свойства углеродных наночастиц во внешнем электрическом поле в квазиклассическом приближении

• Автор: Судоргин, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 143 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Классификация углеродных наночастиц и их характеристики
1.1 Геометрическая структура и электронные свойства углеродных наночастиц
1.2 Транспортные и проводящие свойства углеродных наночастиц
1.3 Адсорбционные свойства углеродных наночастиц
1.4 Термоэлектрические свойства углеродных наночастиц
ГЛАВА 2. Проводящие и диффузионные свойства углеродных наночастиц во внешнем электрическом поле
2.1 Методика расчета удельной электропроводности и коэффициента диффузии электронов углеродных наночастиц
2.2 Транспортные характеристики однослойных углеродных нанотрубок
2.2.1 Выбор модели однослойных углеродных нанотрубок
2.2.2 Электропроводность и коэффициент диффузии однослойных углеродных нанотрубок
2.3 Исследование транспортных характеристик двухслойных графеновых лент во внешнем электрическом поле
2.3.1 Модель двухслойных графеновых нанолент
2.3.2 Электропроводность и коэффициент диффузии электронов в двухслойных графеновых лентах
2.4 Выводы
ГЛАВА 3. Транспортные характеристики углеродных наночастиц с адсорбированными примесями
3.1 Выбор модели углеродных наночастиц с учетом адсорбции
3.2 Расчет транспортных характеристик однослойных углеродных наночастиц с учетом адсорбции
3.3 Транспортные характеристики двухслойных углеродных наночастиц с адсорбированными атомами водорода

3.4 Выводы
ГЛАВА 4. Дифференциальная термоЭДС углеродных наночастиц во внешнем электрическом поле
4.1 Модель и основные уравнения
4.2 Термоэлектрические свойства однослойных углеродных нанотрубок
4.3 ТермоЭДС двухслойных графеновых нанолент
4.4 Влияние атомарной адсорбции на термоэлектрические свойства однослойных углеродных нанотрубок
4.5 Термоэлектрические свойства двухслойных графеновых нанолент с учетом адсорбции
4.6 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Начало XXI века характеризуется бурным развитием исследований в области нанотехнологий, обещающих совершить революцию, как в производстве, так и в социально-экономической сфере: в промышленности, энергетике, на транспорте, в сельском хозяйстве, медицине, информационных и коммуникационных технологиях, космонавтике и других областях. Причем, по прогнозам большинства специалистов, она обещает быть более глубокой, чем компьютерно-информационная революция последней трети XX века. Исследование поведения низкоразмерных физических систем во внешнем электрическом поле является одной из наиболее интересных и перспективных задач. Особый интерес исследователей в последние несколько десятков лет вызывают новые углеродные наноматериалы [1 - 6], обладающие уникальной структурой и свойствами, которые находят практическое применение во многих отраслях науки и техники. Использование этих материалов и соединений на их основе открывает перспективы улучшения существующих и создания принципиально новых конструкционных и функциональных материалов с заданными свойствами и контролируемыми характеристиками. Особое место среди упомянутых типов наноструктурных материалов занимают новые формы существования углерода - нанотрубки и графен.
В 1991 году японским исследователем Ииджимой были открыты ква-зиодномерные углеродные структуры - углеродные нанотрубки (УНТ) [7]. Углеродные нанотрубки, в зависимости от их геометрических характеристик, способны проявлять как полупроводниковые, так и металлические, свойства [8-10].
Углеродные нанотрубки являются уникальными, квазиодномерными системами, обладающими нанометровым диаметром и существенно большей микронной длиной. Многочисленные эксперименты свидетельствуют об их термический и химической стабильности, высокой теплопроводности, отличных механических и прочностных характеристиках [11-18].

Температурная зависимость сопротивления многослойных УНТ, как и для однослойных, характеризуется значительным разбросом, даже при получении нанотрубок на одной и той же экспериментальной установке. Это вызвано стохастическим характером роста нанотрубок, в результате которого появляется большое разнообразие структурных особенностей трубок, созданных в рамках одного эксперимента. Нанотрубки, выращенные в одинаковых условиях, могут отличаться друг от друга числом слоев, типом и количеством дефектов, а также диаметром и длиной. Структурное разнообразие оказывает влияние на результаты измерения температурных характеристик проводимости многослойных УНТ. Это наглядно видно из результатов измерений температурных зависимостей электропроводности шести образцов многослойных УНТ, представленных на рисунке 1.2.5 [77]. Электропроводность измерялась в диапазоне между 4 К и комнатной температурой. Как видно из приведённых данных, проводимость УНТ составляет порядка характеристического квантового значения Сп и проявляет монотонно возрастающую температурную зависимость в исследованном диапазоне температур. Такой характер температурной зависимости проводимости указывает на полупроводниковую природу переноса заряда в исследованных многослойных УНТ.
log т
Рисунок 1.2.5 - Температурные зависимости электропроводности различных образцов многослойных УНТ [77]