Исследование углеродных фаз из SP2†δ-гибридизированных атомов с трехмерной жесткосвязанной структурой

• Автор: Али-Паша, Виталий Альбертович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Оглавление
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ВВЕДЕНИЕ
1. УГЛЕРОДНЫЕ СТРУКТУРЫ
1Л. Строение атома углерода и углерод-углеродные связи
1.2. Идеальные структуры (алмаз, графит, карбин)
1.3. Углеродные гибридные фазы
1.4. Каркасные углеродные наноструктуры
1.5. Топологические дефекты
1.6. Постановка задачи исследования
2. МЕТОДИКА РАСЧЕТОВ И СТРУКТУРНЫЕ МОДЕЛИ
2.1. Методика молекулярно-механических расчетов
2.2. Полуэмпирические квантово-механические методы
2.3. Методика расчета средней энергии углерод-углеродных связей <Ес.с> в углеродных структурах
2.4. Методика расчета структуры ЗБ-графита
2.5. Методика расчета наноструктурированных фаз из фуллеренов
2.6. Методика расчета наноструктурированных фаз из УНТ
2.7. Методика расчета наноструктурированных фаз из УНТ сшитых фуллеренами
3. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА СТРУКТУРЫ ЗБ-ГРАФИТА
4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ФАЗ НА ОСНОВЕ ФУЛЛЕРЕНОВ И ФАЗ НА ОСНОВЕ УНТ
4.1. Наноструктурированные фазы из фуллеренов
4.2. Наноструктурированные фазы на основе УНТ
5. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ФАЗ ИЗ УНТ СШИТЫХ ФУЛЛЕРЕНАМИ
6. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ УГЛЕРОДНЫХ ФАЗ ИЗ БР2*
ГИБРИДИЗИРОВАННЫХ АТОМОВ

6.1. Закономерности формирования фаз ЗБ-графита
6.2. Закономерности формирования фаз на основе каркасных углеродных наноструктур
6.3. Общие закономерности формирования трехмерных жесткосвязанных углеродных фаз из яр2’ "-гибридизированных атомов
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Углерод имеет три основные аллотропные формы, имеющие различную структуру: цепочечную - карбин, слоевую -графит и трехмерную - алмаз. В цепочечной форме углерода карбине атомы находятся в эр-гибридизированном состоянии, т.е. образуют две связи с соседними атомами. Для слоевой формы углерода графита характерно эр2-гибридизированное состояние, когда атом углерода образует три связи с соседними атомами. Трехмерная аллотропная форма углерода алмаз состоит из атомов углерода в состоянии эр3-гибридизации, в которой каждый атом образует по четыре связи с соседними атомами. Возможность нахождения атомов углерода в различных гибридизированных состояниях обуславливает большое разнообразие неорганических соединений и указывает на возможность существования существенно большего количества разнообразных углеродных фаз, чем известно на сегодня. Поиск путей синтеза новых углеродных фаз, исследование их структуры и свойств является актуальной фундаментальной задачей физики конденсированного состояния.
В настоящее время поиск новых углеродных фаз идет в двух направлениях, во-первых, в области гибридных структур, состоящих из атомов углерода в различных основных гибридизированных состояниях (эр, ьр2, эр3) в разной пропорции; во-вторых, ведется поиск фаз из углеродных атомов находящихся в состояниях с промежуточной гибридизацией Бр" и/или эр'” (где 1<п<2, 2<т<3). Причем промежуточные гибридизированные состояния для атомов углерода имеющих число атомов в первой координационной сфере такое же, как в основных состояниях рассматриваются как отклонения от этих состояний Бр|±5, эр115 или Бр3±8.
С точки зрения практического использования в качестве конструкционных материалов наибольший интерес представляет поиск новых углеродных фаз имеющих трехмерную (30) жесткосвязанную

Одно из направлений физики фуллеренов связано с исследованием сверхпроводников на основе фуллеренов. Это направление возникло в начале 1991 г., когда было показано, что легирование твердого фуллерена С6п небольшим количеством щелочного металла приводит к образованию материала с металлической проводимостью, который при низких температурах переходит в сверхпроводящее состояние. Этот материал получают в результате обработки фуллерена Сво парами щелочного металла при температуре в несколько сот градусов Цельсия. Значение критической температуры рассматриваемых соединений фуллеренов оказалось рекордным для молекулярных сверхпроводников. Кроме простых (однослойных) фуллеренов существуют многослойные фуллерены, которые присутствуют в природных и технологических углеродных материалах, например в саже [49-66 ].
Углеродные напотрубки ('папоШЬез) были открыты Сумио Ииджимой (Битю 1щта) в 1991 году. Ыа электронных микрофотсярафиях с высоким разрешением, были обнаружены цилиндрические молекулы с пятью, двумя и семью концентрическими стенками. Образцы были созданы при дуговом разряде между углеродными электродами, в атмосфере аргона, по технологии, которая использовалась для массового производства уже известных молекул фуллерена.
Идеальная нанотрубка представляет собой свернутую в цилиндр графитовую плоскость, т.е. поверхность, выложенную правильными шестиугольниками, в вершинах которых расположены атомы углерода. Результат такой операции зависит от угла ориентации графитовой плоскости относительно оси нанотрубки. Угол ориентации, в свою очередь, задает хиральность нанотрубки, которая определяет ее электрические характеристики. Это свойство нанотрубок иллюстрируется на рис. 1.4.2, где показана часть графитовой плоскости и приведены возможные направления ее сворачивания.
Окружность любой углеродной нанотрубки выражается в терминах вектора хиральности Ск=па:+та2, который соединяет два