Адсорбция атомов на поверхности нанотрубок

• Автор: Мурюмин, Евгений Евгеньевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Саранск
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Литературный обзор

1.1 Геометрическая структура нанотрубок

1.1.1 Углеродные нанотрубки

1.1.2 Неуглеродиые нанотрубки

1.2 Электронная структура нанотрубок

1.2.1 Углеродные нанотрубки

1.2.2 Неуглеродные нанотрубки

1.2.3 Дискретные уровни энергии.

1.2.3.1 Классификация дискретных уровней энергии

1.2.3.2 Влияние крышек на возникновение дискретных уровней энергии в нанотрубках.
1.2.3.3 Влияние инородных цилиндрических кластеров на возникновение дискретных уровней энергии в нанотрубках
1.3 Адсорбция атомов на внешней поверхности нанотрубок. Структура и электронные свойства
1.3.1 Адсорбция атомов водорода на углеродных нанотрубках .
1.3.2 Адсорбция атомов кислорода на углеродных нанотрубках . .
1.3.3 Адсорбция атомов фтора на углеродных нанотрубках Л 1.3.4 Адсорбция отдельных атомов на углеродных нанотрубках . .
1.3.4.1 Электронная структура отдельных атомов, адсорбированных на углеродных нанотрубках.
2 Расчет энергии адсорбции атомов на поверхности углеродных нанотрубок
2.1 Описание модели
2.1.1 Гамильтониан модели
2.1.2 Электронная структура углеродной нанотрубки п,0
2.1.3 Функция Грина адатома.
2.1.4 Расчет функций хемосорбции Ае и А
2.1.4.1 Адатом расположен над атомом углерода нанотрубки
2.1.4.2 Адатом находится в мостиковом положении
2.1.5 Энергия локального состояния и плотность
состояния адатома
2.1.6 Уравнение самосогласования для па7 и определение переноса заряда в системе УНТадатом .
2.1.7 Энергия хемосорбции адатома на поверхности УНТ
2.2 Адсорбция атома водорода на углеродных нанотрубках
2.3 Адсорбция атома фтора на углеродных нанотрубках
2.4 Адсорбция атома кислорода на углеродных нанотрубках
2.5 Сравнительный анализ адсорбции атомов водорода,
фтора и кислорода на поверхности УНТ
3 Расчет энергетического спектра нанотрубок, имеющих на своей поверхности адсорбированные атомы
3.1 Углеродная нанотрубка с открытым концом
3.1.1 Постановка задачи и модель
3.1.2 Метод расчета энергетического спектра.
Ф 3.1.3 Характеристики энергетического спектра
3.1.4 Дискретные уровни энергии.
3.2 Борнитридная нанотрубка с открытым концом
3.2.1 Постановка задачи и модель
3.2.2 Метод расчета энергетического спектра.
3.2.3 Характеристики энергетического спектра
3.2.4 Дискретные уровни энергии.
ф 3.3 Сравнительный анализ энергетических спектров
БННТ и УНТ с аддендами на внешней поверхности
Выводы
Список литературы


В зависимости от индексов пит выделяют семейства хиральных и нехиральных нанотрубок. Все п,т нанотрубки с 0 0 относят к хиральным спиралевидным. Рис. Указанные конфигурации отвечают хиральностям п, 0 и п,п, соответственно. Структуры нанотрубок, отвечающие i и i конфигурациям, а так же хиральной нанотрубке ,5 представлены на рис. Концы углеродных нанотрубок могут быть как открытыми, так и закрытыми полусферическими крышками 5. Крышки состоят из правильных шестиугольников и пятиугольников и напоминают структуру половинки фуллерена см. В связи с этим нанотрубки можно рассматривать, как предельный случай молекул фуллеренов, длина продольной оси которых значительно превышает диаметр. Как и фуллерены, все закрытые нанотрубки должны удовлетворять теореме Эйлера, согласно которой число вершин ребер Р и граней Г выпуклого многогранника связаны формулой В Р Г 2. Тогда для гексагональной решетки любого размера и формы возможно образование замкнутой структуры только путем включения в нее пентагонов. Поэтому любая крышка углеродной нанотрубки должна содержать б пентагонов, причем пентагоны должны быть отделены друг от друга для уменьшения напряжения в крышке. Стабильными нанотрубками с наименьшим диаметром которые могут быть закрыты крышками с изолированными пентагонами, являются трубки 9,0 и 5,5. Каждая из этих нанотрубкок имеет единственный вариант крышки. С увеличением диаметра тубуленов количество возможных вариантов крышек увеличивается. В работах , были показаны различные способы закрывания концов нанотрубок, а также рассчитано количество возможных вариантов крышек для нанотрубок большего диаметра, чем 9,0 и 5,5. Кроме углерода нанотубулярные формы могут образовывать и другие соединения. МХ2 М Мо, Та X Б, Эе , дихлорида никеля . Большинство неуглеродных нанотрубок получено или планируется получить на основе веществ, которые имеют слоистые кристаллические структуры подобно графиту. Поэтому при классификации, описании атомной структуры неуглеродных нанотрубок и построении их геометрических моделей широко используют представления, развитые для углеродных нанотрубок. Наибольший интерес вызывают неуглеродные нанотрубки, состоящие из нитрида и карбонитрида бора. Первым соединением, предложенным для создания неуглеродных нанотрубок, стал нитрид бора . Это связано с тем, что гексагональный нитрид бора гВЫ имеет структуру, похожую на графит см. Концы борнитридных нанотрубок также, как и углеродных, могут быть закрыты крышками. Однако, как показано в , наряду с пяти и шестичленными кольцами крышки могут содержать четырехчленные ВЫкольца, которые являются относительно стабильными. Модели ВЫкрышек, содержащих четырехчленные В1Мкольца показаны на рис. Рис. Структура гексагонального нитрида бора гВЫ . НИ
ИННИН
Рис. Молекулярные модели крышек для В11нанотрубок а и б крышки, содержащие три квадрата, в и г крышки, содержащие четыре квадрата и один восьмиугольник. Эти крышки имеют плоскую форму, что наблюдается экспериментально . При этом формирование концевых структур происходит за счет образования ВИ связей, которые значительно выгоднее связей ВВ и . Значительно большее количество возможных структур нанотрубок может образовывать гексагональный карбонитрид бора, так как существует несколько возможных атомных конфигураций для листа ВСгИ. На рис. В О С
Рис. Модели атомного упорядочения в монослое ВСг . Рис. Структуры двух 4,4 2 нанотрубок типа i . Авторы работы предполагают, что наиболее устойчивыми будут нанотрубки типа асм. ССсвязей. Следует отметить, что в обеих структурах имеется хиральность, хотя соответствующая им углеродная нанотрубка была бы ахиральной. Так же видно, что две структуры отличаются тем, что одна имеет непрерывные цепочки углеродных атомов, расположенных по спирали вокруг поверхности, тогда как другая их не имеет. В было обнаружено образование крышек на конце 2нанотрубок. Однако, они были плохо сформированы по сравнению с крышками углеродных нанотрубок предположительно изза того, что процесс образования пятичленных колец в сетках идет сложнее, чем в углеродных.