Описание механических свойств углеродных и неуглеродных наноусов и нанотрубок в рамках теории упругости анизотропного тела

• Автор: Лисовенко, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Общие сведения о нанотрубках и наноусах
2. Практическое применение углеродных и неуглеродных нанотрубок и наноусов
3. Экспериментальное исследование нанотрубок
4. Моделирование механических свойств нанотрубок и наноусов
ГЛАВА 1. ОПИСАНИЕ НАНООБЪЕКТОВ В РАМКАХ ТЕОРИИ
УПРУГОСТИ АНИЗОТРОПНОГО ТЕЛА
1.1. Об области применимости теории упругости к нанообъектам [97]
1.2. Строение монокристаллического графита
1.3. Взаимосвязь упругих свойств политипов кристаллического графита и многослойных углеродных нанотрубок и наноусов
1.4. Неуглеродные нанотрубки и наноусы
1.5. Заключение
ГЛАВА 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОУСОВ
(НАНОПРОВОЛОК)
2.1. Однородное одноосное растяжение углеродных наноусов [95,97]
2.2. Однородное кручение наноусов, вырезанных из монокристаллов графита [95,97]
2.2.1. Кручение наноусов со слоистой поперечной структурой'
2.2.2. Кручение наноусов с продольно ориентированной слоистой структурой.
2.3. Статическая прочность углеродных наноусов [97,133]
2.4. Растяжение неуглеродных наноусов. Анизотропные наноусы с отрицательным коэффициентом Пуассона [137-141]
2.4.1. Растяжение наноусов с кубической кристаллической структурой
2.4.2. Растяжение наноусов с гексагональной кристаллической структурой
2.4.3. Растяжение наноусов с шестиконстантной ромбоэдрической кристаллической структурой
2.4.4. Растяжение наноусов с шестиконстантной тетрагональной кристаллической структурой
2.4.5. Растяжение наноусов с орторомбической кристаллической структурой..
2.4.6. Примеры ауксетиков моноклинной и триклинной систем
2.5. Заключение

ГЛАВА 3. ОПИСАНИЕ УПРУГИХ СВОЙСТВ НАНОТРУБОК В ПРИБЛИЖЕНИИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ АНИЗОТРОПИИ
3.1. Углеродные нанотрубки с цилиндрической анизотропией типа I [94-97].
3.1.1. Кручение многослойных углеродных нанотрубок при моделировании их криволинейно анизотропными полыми цилиндрами
3.1.2. Невозможность однородного растяжения нанотрубки с цилиндрической анизотропией типа
3.1.3. Растяжение цилиндрически анизотропных нанотрубок
3.2. Углеродные нанотрубки с цилиндрической анизотропией типа II [96]
3.2.1. Растяжение нанотрубки с цилиндрической анизотропией типа II
3.2.2. Кручение нанотрубки с цилиндрической анизотропией типа II
3.3. Заключение
Основные результаты и выводы
Таблицы
Рисунки
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
В современной механике важное место занимает создание материалов, имеющих наномасштабную структуру (наноматериалы) и композиционных материалов, наполненных нанообъектами. Такие материалы обладают уникальными свойствами (сорбционными, электрическими, транспортными и механическими). Необычные механические свойства наноматериалов оказывают сильное влияние на другие их физические характеристики, и потому привлекают большое внимание. Это касается, прежде всего, таких нанообъектов, как углеродные и неуглеродные нанотрубки и наноусы, графены, тонкие пленки, наноостровки (квантовые точки), нанокластеры, нанокомпозиты.
В настоящее время синтезировано большое количество не только углеродных нанотрубок, но и неуглеродных неорганических наиотрубок со слоистой и неслоистой атомной структурой. Среди них широко представлены нанотрубки из металл-дихалькогенидов (например, M0S2, WS2),
гексагонального нитрида бора BN, Ag, Au и др. Предложены перспективные методики изготовления нанотрубок практически из любых материалов.
В силу малости размеров для экспериментов на нанообъектах требуется сложная, высокоточная и дорогостоящая' аппаратура. Схемы экспериментов-часто уникальны и инновационны в каждом конкретном случае. Поэтому, несмотря-на большое количество выполненных уже экспериментальных работ по определению механических свойств нанообъектов, объем надежных количественных данных остается ограниченным.
В этих условиях особую роль приобретает аналитическое и численное моделирование механического поведения нанообъектов. Теоретические разработки в области описания и моделирования механических свойств нанообъектов разнообразны и активно ведутся отечественными и зарубежными учеными. Большой вклад в описание и определение механических свойств углеродных и неуглеродных наноусов и нанотрубок внесли Р.В. Гольдштейн, A.B. Елецкий, В.А. Еремеев, Е.А. Иванова,
A.JI. Ивановский, А.М. Кривцов, Н.Ф. Морозов, В.В. Покропивный,
B.М. Фомин, A.B. Ченцов, Л.А. Чернозатонский, P. Avouris, R. Bacon, Т. Belytschko, J. Cumings, M.S. Dresseihaus, T.W. Ebbesen, M.R. Falvo, Y. Huang,
C.Q. Ru, R.S. Ruoff, J.P. Salvetat, R. Tenne, J. Tersoff, G.G. Tibbetts, M.M.J. Treacy, C.Y. Wang, B.I. Yakobson, M.-F. Yu, P. Zhang, A. Zettle и др. В силу анизотропной структуры большинства нанообъектов важное значение для

напряжений) сказываются не только плохая совместность разных веществ, но и поверхностные напряжения [129,130].
1.5. Заключение
Рассмотрены основные положения, применяемые при моделировании нанотрубок и наноусов. Из подходов механики сплошных сред, пригодных для описания углеродных и неуглеродных наноусов и нанотрубок выделена модель многослойных нанос гержней для которых длины, диаметры и толщины существенно превосходят межатомные расстояния. Углеродные и
неуглеродные наноусы и нанотрубки наследуют упругие свойства соответствующих монокристаллов благодаря большой общности атомной структуры, и требуют использования анизотропной теории упругости при континуальном подходе.