Влияние Адсорбции Водорода На Трансформацию Стоуна- Уэльса В Углеродных Нанотрубках Малого Диаметра

Abstract

В рамках неортогональной модели сильной связи изучено влияние гидрирования углеродных нанотрубок (4, 0) и (3, 0) на трансформацию Стоуна−Уэльса. Показано, что адсорбция атомарного водорода может приводить как к понижению, так и к повышению барьеров для прямой и обратной трансформации в зависимости от ориентации поворачивающейся связи С−С относительно оси нанотрубки. Сделана оценка характерных времен образования и отжига дефектов Стоуна−Уэльса. Рассчитаны модули Юнга.Работа поддержана грантом РФФИ № 18-02-00278-а и выполнена при поддержке Министерства образова-ния и науки РФ в рамках Программы повышения конкурентоспособности НИЯУ МИФИ. DOI: 10.21883/FTT.2018.04.45695.302 1. Введение) самым распро-страненным типом дефектов являются топологические дефекты Стоуна−Уэльса (Stone−Wales, SW). Они обра-зуются при трансформациях SW -поворотах связей С−С на угол ≈ 90• [4]. В результате каждого такого поворота изменяются размеры нескольких соседних уг-леродных колец. Так, если поворачивающаяся связь С−С является общей для двух 6-атомных колец в графене, то в результате трансформации SW появляются два 5-атомных и два 7-атомных кольца.В углеродных наноструктурах трансформации SW и дефекты SW могут играть различную роль. Например, бакминстерфуллерен С 60 с симметрией I h [1] образуется, по-видимому, из исходно разупорядоченного кластера С 60 путем цепочки обратных трансформаций SW [5]. Дефекты SW в углеродных нанотрубках (УНТ), с одной стороны, уменьшают их механическую жесткость [6,7], а с другой -могут улучшить функциональные харак-теристики УНТ, поскольку являются центрами предпо-чтительной адсорбции различных химических элемен-тов [8,9]. В графене дефекты SW влияют на механиче-ские свойства, электронную структуру и фононные спек-тры [10,11]. Рассеивая электронные волны, они снижают подвижность носителей заряда.Дефекты SW образуются, как правило, на стадии изго-товления той или иной наноструктуры. Кроме того, они возникают при облучении образца частицами с высокой энергией (ионами, электронами и т. п.), а также при сильной механической деформации [12]. Чтобы очистить наноструктуру от дефектов SW можно, например, на-греть ее до температуры, при которой тепловая энергия достаточна для отжига дефектов [13].Интенсивность формирования и отжига дефектов SW определяется высотой соответствующих активаци-онных барьеров на поверхности потенциальной энергии (potential energy surface, PES). Ранее было показано [14], что в фуллерене С 60 эти барьеры можно существенно понизить путем адсорбции на кластер атомарного водо-рода. Аналогичный результат получен при исследовании адсорбции водорода и молекул ОН на графен [15] (см. также [16]).Цель настоящей работы заключается в компьютер-ном моделировании прямой и обратной трансформации SW в гидрированных одностенных УНТ. Для опреде-ленности мы ограничиваемся рассмотрением адсорб-ции водорода только на внешней стороне УНТ, т. е. считаем, что в полость УНТ водород не проникает. Такая ситуация имеет место в очень узких УНТ. При увеличении диаметра УНТ внешнее гидрирование ста-новится энергетичес...

Термическая Устойчивость Карбинофуллеренов C-=sub=-38-=/Sub=-, C-=sub=-62-=/Sub=- И C-=sub=-64-=/Sub=-

“…Кроме того, она успешно применялась для исследования термической и механической устойчивости кластеров C 20 , графеновых и других углеродных систем (см. работы [36][37][38][39][40][41] и ссылки в них).…”

Динамика Распада Водородных Кластеров На Поверхности Графена И Стоун-Уэльсовского Графена

“…Кроме того, она успешно применялась для исследования термической устойчивости кластеров C 20 , графеновых и других углеродных систем (см. работы [38][39][40][41][42][43]…”

Цепочки Карбинофуллеренов C-=sub=-20-=/Sub=-

“…Ранее эта модель продемонстрировала свою применимость к численному моделированию различных углеродных и углеводородных нанотруктур (см. работы [15,[22][23][24] и ссылки в них). Постоянный контроль длин межатомных связей в процессе эволюции и запись координат атомов в чередующихся конфигурациях позволяли с необходимой точностью определить момент теплового распада системы.…”