Атомная структура и эмиссионная способность нерегулярных углеродных тубулярных нанокластеров

• Автор: Терентьев, Олег Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.04, 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. МЕТОДЫ РАСЧЕТА КОНФИГУРАЦИИ УГЛЕРОДНЫХ НЕРЕГУЛЯРНЫХ ТУБУЛЯРНЫХ НАНОКЛАСТЕРОВ

1.1. Генерирование координат. Трехпараметрический метод

1.2. Квантовая модель углеродных нанокластеров.

1.3. Алгоритм расчета геометрии и характеристик нанокластеров

1.4. Пакет вычислительных программ I

1.5. Атомное строение и энергетика акиральных углеродных тубулярных

нанокластеров

Заключение к первой главе

Глава 2. ЭМИССИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ УГЛЕРОДНЫХ ТУБУЛЯРНЫХ НАНОКЛАСТЕРОВ

2.1. Зависимость потенциала ионизации углеродных тубулярных нанокластеров i от линейных параметров остова.
2.2. Взаимосвязь потенциала ионизации углеродных тубулярных
нанокластеров i и геометрических параметров клетки
Заключение ко второй главе.
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГОСТИ ТУБУЛЯРНЫХ НАНОКЛАСТЕРОВ
3.1. Упругая деформация растяжения сжатия. Модуль Юнга и коэффициент Пуассона.
3.1.1. Этапы моделирования и изучения деформации растяжения сжатия
3.1.2. Применимость трехпараметрического метода в изучении упругости углеродных тубулярных нанокластеров.
3.1.3. Углеродные тубулярные нанокластеры i и i.
3.2. Упругая деформация кручения. Модуль кручения
3.2.1. Этапы моделирования и изучения деформации кручения.
3.2.2. Углеродные тубулярные нанокластеры i и i.
Заключение к третьей главе.
Глава 4. ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В УГЛЕРОДНЫХ НАНОКЛАСТЕРАХ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ И С ДЕФЕКТАМИ КАРКАСА
4.1. Метод сильной связи, модифицированный для расчета структур, содержащих связь С.
4.2. СЛГ нанокластеры.
4.3. Углеродные нанокластеры с локальными дефектами каркаса дефект СтоунаВелса, 2У и асстег.
4.3.1. Дефект СтоунаВелса ЗЛдефект
4.3.2.2Кдефект двойная вакансия
4.3.3. Асстег дефект 4дефект.
4.4. Наноторы.
4.5. Бамбукоподобные нанокластеры.
4.6. Наностручки
Заключение к четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Потенциал ионизации НТН со структурой каркаса типа zigzag монотонно убывает с увеличением длины независимо от способа наращивания остова. Потенциал ионизации нанокластеров строения zigzag расположен в интервале 6,5+6,9 эВ. Потенциал ионизации НТН строения zigzag и armchair изменяется с диаметром в малых пределах. Например, у нанокластеров типа armchair длиной 1, нм его величина равна 6, эВ, у zigzag длиной 2, нм - 6, эВ. При изменении диаметра каркаса значения потенциала ионизации отклоняются от указанных номинальных не более, чем на 0, эВ. Итак, тубулярные нанокластеры типа zigzag и armchair не имеют определенного значения потенциала ионизации и поэтому их эмиссионная способность определяется строением каркаса и его линейными размерами (длиной и, в незначительной степени, - диаметром). В третьей главе "Исследование упругости тубулярных нанокластеров" представлены результаты исследования (с помощью разработанного пакета вычислительных программ RING) влияния размеров и строения каркаса на упругость нанокластеров строения zigzag и armchair различных размеров; изучены два вида деформации: растяжение (сжатие) и кручение. После генерирования атомной структуры модели кластера и расчета полной энергии кластера и длины его каркаса, отвечающих начальному (до деформации остова) состоянию структуры, производится деформация остова нанокластера растяжением на несколько процентов. Эта длина каркаса фиксируется. Атомная структура деформированного кластера рассчитывается при условии, что линейные параметры остова являются компонентами вектора варьируемых параметров в задаче параметрической минимизации полной энергии. В итоге выполнения перечисленных процедур образуется полный набор численных значений параметров для расчета модуля Юнга (Y), псевдомодуля Юнга (Yp) и коэффициента Пуассона (р). Для расчета модуля кручения каждый слой атомов закручивается вокруг оси остова относительно основания ("нижний" ряд атомов) на некоторый угол, пропорционально расстоянию до основания (концы остова смещены относительно друг друга на угол Ф). Длина каркаса остается фиксированной, что отвечает упругой деформации. Атомная структура деформированного кластера определяется минимизацией энергии по линейным параметрам остова. Модуль кручения вычисляется по энергии кручения (fAE), а также по уже рассчитанным значениям модуля Юнга и коэффициента Пуассона (fy). Сопоставление результатов решения тестовых задач по расчету модуля Юнга НТН типа zigzag с каркасом, воспроизведенным трехпараметрическим методом, с результатами, полученными с помощью теории групп точечной симметрии, подтвердило основной вывод о погрешности численных методов пакета программ RING, отмеченных в первой главе. Основные результаты исследования параметров упругости НТН следующие. Модуль Юнга тубулярных нанокластеров со структурой каркаса zigzag и armchair увеличивается с ростом линейных размеров. Существует такое значение отношения диаметра к длине, или "точка насыщения", начиная с которого прекращается увеличение модуля Юнга с ростом линейных размеров (длины и/или диаметра) НТН со структурой каркаса zigzag и armchair. Подобное поведение модуля Юнга [], видимо, объясняется убывающим влиянием открытых концов каркаса на атомную и электронную структуры кластера. Величина коэффициента Пуассона НТН остается практически постоянной и составляет -0, для нанокластеров zigzag и -0, для armchair. Модуль кручения НТН уменьшается с ростом длины каркаса и стремится к насыщению при достижении длины -3 нм. Модуль кручения НТН с ростом диаметра увеличивается. Несовпадение значений модулей кручения Те и fy объясняется малой длиной трубок: с увеличением поперечного размера остова кривые зависимостей Те и fY медленно расходятся, а с ростом продольного заметна тенденция к сближению. Видимо, решающую роль играет краевой эффект []. Результаты изучения упругости трубок по двум параметрам (модулям Юнга и кручения) позволяют утверждать, что наибольшей упругостью будут характеризоваться трубки длиной более 2,5 нм и диаметром -1 нм [].