ЭБС Уфимского университета науки и технологий
фонд Заки Валиди 32, Карла Маркса 3/4 и Достоевского 31

     
?

Детальная информация
Карточка Таблица RUSMARC

Куличкин, Дмитрий Сергеевич. Исследование термодинамических характеристик модифицированных наноструктур углерода-фуллеренов и графеновых нанолент методом молекулярной механики и самосогласованного поля: выпускная квалификационная работа бакалавра. Направление подготовки 03.03.03 "Радиофизика". Профиль "Радиофизика и электроника" [Электронный ресурс] / Д.С. Куличкин; Башкирский государственный университет, Физико-технический институт, Кафедра физической электроники и нанофизики ; науч. рук. М.Ю. Доломатов. — Уфа, 2018. — 60 с.: ил. — <URL:https://elib.bashedu.ru/dl/diplom/KulichkinDS_03_03_03_Radiofizika_bak_2018.pdf>.

Дата создания записи: 10.07.2018

Тематика: Радиоэлектроника — Теоретические основы радиотехники; бакалавриат; ВКР; фуллерены; графеновые наноленты; металлофуллерены; углеродные наноструктуры; молекулярная механика; стабильные молекулы

УДК: 537.86/.87

ББК: 32.840/841

Коллекции: Общая коллекция

Разрешенные действия: –

Действие 'Прочитать' будет доступно, если вы выполните вход в систему и будете работать на компьютерах в читальных залах Библиотеки

Группа: Анонимные пользователи

Сеть: Интернет

Права на использование объекта хранения

Место доступа Группа пользователей Действие
Локальная сеть Библиотеки Аутентифицированные пользователи Прочитать
Локальная сеть Библиотеки Все
Интернет Аутентифицированные пользователи Прочитать
-> Интернет Все

Оглавление

  • Актуальностью работы обуславливается исследованиями молекулярной структуры и электронных характеристик углеродных наноструктур, в частности, различных модификаций графена, фуллерена и его производных. Основным преимуществом фуллеренов перед другими уг...
  • Атом углерода имеет электронную оболочку s2p2 . Эта оболочка обеспечивает стабильную структуру углерода, когда соседние атомы образуют пятиугольники и шестиугольники. Такая структура имеет место и в модификации твердого углерода — алмазе и графите, о...
  • Рисунок 1.2 Структура графита.
  • Слои графита, выполненные правильными шестиугольниками со стороной 0,142 нм, разделены расстоянием 0,335 нм [18,19], причем атомы соседних слоев расположены не друг над другом, а смещены на половину постоянной решетки. Вычислим радиус фуллерена С60, п...
  • Рисунок 1.3 Фрагмент графита, который может составить половину фуллерена С60.
  • В отличие от этого, спектр ЯМР С70 состоит из пяти пиков, что согласуется с представлением о структуре С70, которая получается из С70 введением пояса из 10 атомов углерода в экваториальную область сферы и последующим ее растяжением. Структура молекулы...
  • Рисунок 1.4 Структура молекулы С70.
  • графита. Длина этой связи (0,141 нм) практически совпадает с соответствующим значением для графита (0,142 нм). Связь типа 2, соединяющая вершины пятиугольника и шестиугольника в экваториальной области С70, имеет длину 0,139 ± 0,001 нм, промежуточную м...
  • Таблица 1.3
  • Характеристики различных типов С – С связей в молекуле С70
  • 1.3 Электронная структура фуллеренов.
  • Сродство к электрону (СЭ) и энергия ионизации (ЭИ) являются фундаментальными характеристиками молекул. Для фуллерена C60 эти величины составляют соответственно 2.667±0.001 и 7 .57±0.01eV [23]. Заметим, что значение СЭ существенно выше, чем для большин...
  • Основу экспериментального метода, получившего краткое название ”метод ионмолекулярных равновесий” (ИМР), составляет классический эффузионный метод с масс-спектральной регистриацией продуктов испарения, или метод высокотемпературной масс-спектрометрии ...
  • A−+B = A+B−, ∆H0 0 = EA(A)−EA(B), (1)
  • AF− + B = A + BF−, ∆H0 0 = FA(A)+FA(B). (2)
  • Полученные значения СЭ и ЭИ высших фуллеренов представлены на рис. 6 вместе с величиной электроотрицательности (полусумма СЭ и ЭИ).
  • Рисунок 1.6 Энергия ионизации (IE) и сродство к электрону (EA) высших фуллеренов.
  • Простая физическая модель, в которой фуллерен рассматривается как жесткая проводящая сфера, позволяет получить уравнение, связывающее СЭ и ЭИ с радиусом сферы, RN,
  • СЭ = 𝛗∞ − 1 2 R−1 N (3)
  • и
  • ЭИ = 𝛗 ∞ + 1 2 R−1 N . (4)
  • Здесь 𝛗 ∞ обозначает работу выхода монослоя графита, являющуюся предельной величиной как для сродства к электрону, так и для энергии ионизации молекулы фуллерена при устремлении ее размера к бесконечности; теоретическая оценка этой величины равна 5.3...
  • 1.4 Электрические свойства фуллеренов.
  • Твердые фуллерены, иногда называемые фуллеритами, представляют собой полупроводники, которые характеризуются шириной запрещенной зоны 1,5—1,95 эВ (С60) [28,29], 1,91 эВ (С70) [30] и 1,2эВ. Детальные исследования зависимостей электрических характеристи...
  • Рисунок 1.7 Значения ширины запрещенной зоны Е0, поликристаллических образцов С60 при различных давлениях.
  • Рост ширины запрещенной зоны при давлениях свыше 2 105 атм. указывает на отсутствие фазового перехода полупроводник — металл, который предсказывался авторами работы [25] при давлениях ~2 106 атм., и позволяет предполагать возможность образования пр...
  • Возможность образования кристаллической структуры алмаза из поликристаллического С60 подверженного давлению ≈ 2 105 атм. при комнатной температуре, установлена в работе [31], где использована та же установка, что и в цитированной выше работе [25]. ...
  • 1.5 Графеновые наноленты
  • Графеновые наноленты — это квазиодномерные углеродные структуры, получаемые в результате ”разрезания“ графенового листа на полосы нанометровой ширины [36]. Электронная структура нанолент находится в непосредственной зависимости их атомного строения, ч...
  • Рисунок 1.8 Графеновые наноленты: а) лента - типа «кресло», б) лента – типа «зигзаг» [44].
  • Для описания электронных свойств графеновых нанолент удобнее всего применять приближение сильной связи для π-электронной системы. Данный метод корректно предсказывает качественное поведение запрещённой зоны наноструктур на основе графена.
  • Помимо модификации краёв наноленты, сильное влияние на электронные и транспортные свойства может оказать химическая адсорбция сторонних атомов и атомных групп на поверхность нанолент, а также внесения примесных атомов непосредственно в атомную структу...
  • Электронные и магнитные свойства нанолент значительно зависят от того, кресельную или зигзагную форму имеют их края. Обычно в исследованиях предполагается, что края нанолент пассивированы атомами водорода, так что вся структура остается sp2 гибридиз...
  • Учитывая все вышесказанное, во всем мире проводятся интенсивные исследования физико-химических свойств графена, в частности, значительные усилия сосредоточены на изучении механизмов переноса заряда и соответствующих транспортных характеристик графена ...
  • Рисунок 1.9 Триггерная схема (а) и ее реализация на графеновых нанолентах (б) [49]
  • В работе [49] была предложена триггерная схема, основанная только на графеновых лентах, в которой каждый элемент образован за счет сочетания лент вырезанных под разными углами, а также имеющих разную ширину или тип граней. Например, полевые транзистор...
  • 2.2 Методы исследования
  • 2.2.1 Методы молекулярной механики. Метод ММ+.
  • Молекулярная механика (MM) - метод определения молекулярной структуры, основанный на представлении молекулы в виде набора точек определенной массы, удерживаемых классическими силами. Вклады в молекулярную энергию включают упругую энергию связи (описыв...
  • Понятно, что дебройлевская волна атомов существенно меньше волны электрона, так как масса иона примерно в 104 больше массы электрона
  • λ=,h-,Zm-p.ν. (5)
  • Это дает возможность рассматривать атомы в молекуле как систему материальных точек в виде классических взаимодействующих ньютоновских частиц. Взаимодействие частиц друг с другом осуществляется посредством потенциальных электромагнитных полей, задава...
  • Метод молекулярной механики использует формализм Гамильтона и Лагранжа, который выражают соответствующие обобщенные системы дифференциальных уравнений движения.
  • Уравнения Гамильтона:
  • ,∂H-∂,q-j..=,−p-j ., ,∂H-∂,q-j..=,p-j. , ,∂H-∂t.=−,∂L-∂t. (6)
  • или уравнения Лагранжа:
  • ,∂L-∂,q-i..=,d-dt.,∂L-∂,q-i.. (7)
  • Где L=T-V H=T+V
  • q и p- обобщенные координаты и импульсы. Уравнения содержат гиперповерхности потенциальной энергии, в Гамильтонианах и Лагранжианах. В соответствии с вариационными принципами как и в квантовых методах, решение уравнений сводится к заданию наиболее эфф...
  • Силовое поле, которое используется в молекулярной механике, представляет собой функцию потенциальной энергии молекулы от координат ядер атомов (силы, действующие на атомы, представляются в виде функций координат атомов). Определяется через потенциаль...
  • Параметризация силового поля – подбор параметров для расчета потенциальных функций, определяющие так называемое силовое поле молекулы. Численное значение параметров выбирается так, чтобы получить согласие рассчитанных и экспериментальных характеристик...
  • ,v-0.=,1-2π.,,k-m.., (8)
  • где m — приведенная масса частицы; k — силовая постоянная, определяющаяся характером сил, действующих между частицами. Так как в диамагнитных атомах и молекулах взаимодействие носит электростатический характер, то k можно оценить из закона Кулона.
  • κ ~e2/, (9)
  • где e - заряд электрона; а0-характерное расстояние между атомами.
  • Таблица 2.2
  • Наиболее распространенные потенциалы в молекулярной механике.
  • Молекулы состоят из частиц двух сортов - валентных электронов и атомных остовов — ионов. Для электронов характерная частота ve~1015 сек-1 , а для ионов, которые приблизительно в 104 раз тяжелее, νi ~1013 сек1. Это соответствует длинам волн λе~0,1 мк; ...
  • Большие силовые постоянные отвечают жестко связанным системам. Частота колебаний определяется не только силовой постоянной, но и массой системы. Кроме того, параметрами являются равновесные межъядерные расстояния (длины связей) и валентные углы.
  • Простые модели молекулярной механики учитывают энергии растяжения связей (Uраст.), деформации валентных углов (Uдеф.) и двугранных (торсионных) углов (Uторс.), взаимодействие валентно несвязанных атомов, то есть ван-дер-ваальсовым взаимодействием (Uвд...
  • U = ΣUраст + ΣUдеф + ΣUторс + ΣUвдв + ΣUэл-стат. (10)
  • Обычно для описания потенциальной функции предельных углеводородов при умеренных требованиях к точности расчета достаточно около десяти параметров[33]. Используются различные типы эмпирических потенциалов (табл.4), например, для описания ван-дер-ваал...
  • U(R) = be-aR – cR-6 – dR-8; (11)
  • a, b, c, d – эмпирические постоянные. Для расчета энергии взаимодействия сложных молекулярных систем в эмпирический потенциал вводят поправки. Например, расчеты проводят с использованием упрощенного потенциала Бикингема, в котором принебрегают члено...
  • Потенциал Леннарда-Джонса служит для расчета энергии межмолекулярного взаимодействия. Этот потенциал предполагает резкое возрастании сил отталкивания между молекулами на малых расстояниях, происходящем по закону R-n потенциала Леннарда-Джонса для по...
  • U(r) = 4ε [(σ/r)12 - (σ/r)6] (12)
  • где ε и σ – эмпирические константы, r – расстояние между взаимодействующими частицами; (σ/r)12- описывает отталкивание, (σ/r) 6 – описывает притяжение между частицами.
  • Существенным недостатком изложенного метода является изоляция молекулы от своего окружения. Этот недостаток преодолевается в методе молекулярной динамики и статистических методах построения ансамблей наночастиц, учитывающих влияние температуры на конф...
  • 2.2.2 Полуэмпирический метод расчета молекул РМЗ
  • Метод РМЗ дает возможность включения большого числа взаимодействующих атомов в молекулу при удовлетворительном совпадении с экспериментом[31]. С помощью РМЗ возможен расчет следующих физико-химических свойств соединений: дипольных моментов, теплоты ...
  • качественном уровне спектров ИК и ЯМР. Результаты РМЗ и ab initio расчетов сопоставимы для молекул содержащих несколько десятков атомов углерода.
  • Рисунок 2.2.1 Охват химических элементов системы Д. И. Менделеева различными полуэмпирическими методами.
  • Для лучшего понимания сущности полуэмпирических приближений запишем уравнения Рутана в следующем виде:
  • ,F-μv.=,H-μv.+,j-,λ-,σ-,C-jλ..,C-jσ.,K−,1-2.J... (2.1)
  • K=,μv-λσ. J=,μλ-vσ. (2.2)
  • где: К – матрица обменных интегралов, J - матрица кулоновских интегралов,
  • H=,,χ-μ.h,χ-v.dV − . одноэлектронный остовный интеграл, (2.3)
  • ,μv-λσ.=,,,χ-μ.,1.,,1-,r-12...,χ-λ.,2.,χ-σ.,2.dτdr.. (2.4)
  • двухэлектронный кулоновский интеграл,
  • ,μλ-vσ.=,,,χ-μ.,1.,χ-λ.,1.,,1-,r-12...,χ-v.,2.,χ-σ.,2.dτdr.. (2.5)
  • двухэлектронный обменный интеграл.
  • Выражение (2.5) может быть представлено через матрицу плотности - PλϬ
  • ,F-μv.=,H-μ,v-i..+,λσ-,P-λσ.(,μv-λσ..−,1-2.,μv-σλ.) (2.6)
  • при условии нормировки
  • ,μ,v-,C-mμ.,C-nv.,C-μv.=,,1.m=n-0,m≠n... (2.7)
  • Таблица 3.3
  • Результаты структурных характеристик молекул
  • 19. О.Е. Глухова, И.Н. Салий, А.С. Колесникова. «молекулярно-динамическое моделирование поведения фуллерена c 60 внутри оболочки с 540» [Электронный ресурс] – URL:https://cyberleninka.ru/article/n/molekulyarno

Статистика использования

stat Количество обращений: 5
За последние 30 дней: 0
Подробная статистика