WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

УДК 530.01

Попова Надежда Анатольевна

Гидрирование и деформация графена в приближении молекулярной теории

Специальность 01.04.02 – «Теоретическая физика»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Москва – 2011 1

Работа выполнена на кафедре теоретической физики факультета физико-математических и естественных наук Российского университета дружбы народов – доктор физико-математических наук, профессор

Научный руководитель:

Рыбаков Юрий Петрович – доктор физико-математических наук, профессор

Научный консультант:

Шека Елена Федоровна

Официальные оппоненты:

– доктор физико-математических наук, профессор Виницкий Сергей Ильич – доктор физико-математических наук, профессор Чернозатонский Леонид Александрович

Ведущая организация – Институт спектроскопии РАН

Защита диссертации состоится 20 декабря 2011 г. в 15 час 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.203.34 в Российском университете дружбы народов по адресу: 117419, Москва, ул. Орджоникидзе, 3, зал № 1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу: 117198 Москва, ул.Миклухо-Маклая, 6.

Автореферат диссертации разослан _ 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Ю.П. Лаптев

Общая характеристика работы

.

Актуальность темы. Исследованиям графена посвящено огромное число работ, преобладающую часть которых составляют теоретические работы.

Большая часть этих работ основана на представлении графена в виде двумерного кристалла, чему подчинено и большинство вычислительных подходов. Главная роль в этих подходах отводится приближению функционала плотности, применяемому к элементарной ячейке кристалла графена, или в особых случаях - к структурно усложненной суперячейке, с последующим учетом периодических граничных условий. Однако, как указано в Википедии, «Графен (англ. graphene) — двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, находящихся в spгибридизации и соединённых посредством - и -связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку». Исходя из этого определения, достаточно трудно сказать, где в графене оканчивается молекула и начинается кристалл. Несомненно, что молекулярный аспект графена чрезвычайно важен для описания таких свойств, как химическое модифицирование графена, его взаимодействие с окружающими атомами и молекулами и даже его механические свойства. Вместе с тем, описанный выше алгоритм вычислений не позволяет исследовать молекулярный аспект в достаточной степени.





В диссертационной работе предлагается применить к рассмотрению графена молекулярную теорию. Такой подход открывает возможность применения к графену–молекуле большого арсенала средств молекулярной теории, в том числе эффективных методов квантовой химии. Подход с позиций молекулярной теории позволяет учесть такие его «молекулярные» особенности, как:

• наличие ‘лишних’ электронов;

• высокие донорно-акцепторные характеристики;

• смягчение частот С–С валентных колебаний при изменении sp электронной конфигурации на sp3 и многие др.

В работе проведено первое систематическое исследование графена с точки зрения молекулярной теории, затрагивающее ряд его химических и механических свойств.

Цель диссертационной работы. В работе молекулярная теория применена для решения двух актуальных задач, касающихся 1. химической модификации графена на примере его гидрирования;

2. наномеханики одноосного растяжения исходного и гидрированного графена.

Предметом исследования в обеих задачах является одна и та же молекула графена. Первая задача рассматривается с позиции молекулярной теории ‘лишних’ электронов, которые определяют химическую активность молекулы. Решение второй задачи производится в рамках молекулярной теории деформации, основанной на приближении координаты реакции, с одной стороны, и на концепции вовлечения нормальных колебаний в процесс деформации и разрушения, с другой.

В процессе решения этих задач предстояло • выявить механизм адсорбции водорода на графене и определить его параметры;

• установить условия получения полипроизводных графена;

• выявить механизм деформации и разрушения графена и определить механические характеристики упругой деформации;

• установить влияние адсорбции водорода на прочностные свойства определяется следующими результатами:

1. Впервые процесс адсорбции атомов водорода на графене рассмотрен в рамках молекулярный теории как пошаговое присоединение к нему конструирования полипроизводных sp2 наноуглеродов, основанная на атомной химической восприимчивости [1]. Определены условия получения регулярных гидридов графена, в том числе, графана. Вычислены основные энергетические характеристики, определяющие этот процесс.

2. Впервые деформация и разрушение графена под действием одноосного растяжения рассмотрены как механохимическая реакция. Обнаружена механическая анизотропия свойств графена и установлена ее причина.





Определены основные механические характеристики упругой деформации графена.

3. Впервые деформация и разрушение графана под действием одноосного растяжения рассмотрены как механохимическая реакция. Установлены особенности механического поведения графана, обусловленные его гидрированием, и выявлены причины его изменения.

4. Впервые для объяснения различия значений модуля Юнга графена и графана использовано представление о вовлеченности валентных С-С колебаний в процесс деформации и их смягчение в результате sp2-sp3 трансформации электронной системы.

Достоверность результатов. Достоверность полученных результатов подтверждается их согласием с имеющимися экспериментальными данными, а также строгостью примененных математических методов расчета.

Практическая значимость.

эффективность применения молекулярной теории для описания свойств графена, позволившего раскрыть детальные механизмы химического модифицирования графена в водородной плазме и его деформации и разрушения в условиях одноосного растяжения. Полученные результаты могут иметь большое значение для разработки теоретических основ водородных топливных элементов на основе sp2 наноуглеродных материалов ([2, 3]).

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на следующих международных и всероссийских форумах:

• IX ежегодные международные молодежные конференции ИБХФ РАНВУЗЫ «Биохимическая физика» (Москва, 2009 г.);

• II-ая Всероссийская конференция “Многомасштабное моделирование процессов и структур в нанотехнологиях” (Москва, 2009 г.);

• II-й и III-й Международные форумы по нанотехнологиям «Rusnanotech»

(Москва, 2009, 2010 гг.);

• 16-ая Всероссийская научная конференция студентов физиков и молодых ученых ВНКСФ-16 (Волгоград, 2010 г.) (диплом за лучший доклад среди аспирантов и молодых ученых);

• Всероссийская школа-конференция для молодых ученых «Макромолекулярные нанообъекты и полимерные нанокомпозиты» (Истра, Московская область, 2010 г.);

• VII Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов»

(Москва, 2010 г.);

• VII Международная конференция «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технологии. Конструкционные и функциональные материалы (в том числе наноматериалы) и технологии их производства»

(Суздаль, 2010 г.);

• IV Всероссийская конференция по наноматериалам «Нано 2011», (Москва, 2011 г);

• Международная конференция «Современные углеродные наноструктуры – ACN-2011» (C.-Петербург, 2011 г.);

• IV Международная конференция «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» (Москва, 2011 г.).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в работах. Из них 4 статьи, 14 публикаций в материалах конференций. Все работы опубликованы в журналах, входящих в Перечень рецензируемых научных журналов и изданий ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы из 139 наименований.

Объем диссертационной работы составляет 152 страницы, работа содержит рисунков, 6 таблиц.

Во введении обосновывается актуальность выбора темы и определяется направление исследования.

В первой главе рассмотрены основные концепции молекулярной теории, позволяющие описать особенности электронного строения графена, связанные с наличием у него ‘лишних’ электронов и обусловленной этим химической активностью отдельных атомов, с низким потенциалом ионизации и высоким сродством к электрону, а также обусловленные этим особенности межмолекулярного взаимодействия. Обсуждена проблема спин-смешанного характера решений, получаемых с помощью однодетерминантных волновых функций, если взаимодействие между ‘лишними’ электронами слабо или существенно ослаблено. Степень загрязнения по спину состояния B можно представить в виде Это неравенство связано с дилеммой симметрии Левдина, которая вызывает появление новой функции плотности, впервые предложенной Такацуки, Фуэно и Ямагучи и названной позже Староверовым и Дэвидсоном «распределением эффективно не спаренных электронов». Выявлена мера неспаренности ‘лишних’ электронов – полное и атомно-парциальное число эффективно не спаренных электронов, которая описывает различную химическую активность атомов, визуализируя ‘химический портрет’ молекул:

Сделан вывод о необходимости использования неограниченного формализма для волновых функций при применении квантово-химических вычислительных методов расчета. Описаны алгоритмы химической модификации, а также деформации графена с точки зрения молекулярной теории. Введены основные характеристики этих процессов:

Энергия напряжения: ES ( ) = Etot ( ) Etot (0).

Сила отклика F определяется как первая производная полной энергии E(R) по декартовым координатам:

Решение обеих задач осуществлялось в неограниченном приближении ХартриФока при использовании АМ1 и РМ3 версий полуэмпирического подхода. В обеих задачах объектом исследования была молекула (5,5) нанографена в терминах (na, nz) [4], где na и nz – число бензоидных единиц вдоль кресельного (ach) и зигзагового (zg) краев листа графена, соответственно. На рис. 1 представлены равновесная структура молекулы вместе с картой распределения атомной химической восприимчивости (АХВ), которая характеризует химическую активность каждого атома и представляет собой распределение эффективно не спаренных электронов NDA по атомам графена.

Во второй главе диссертации рассмотрен процесс гидрирования графена.

Проведено пошаговое вычислительное конструирование полигидридов (CH)n, путем адсорбции атомов водорода на молекуле графена, подчиненное следующему алгоритму. Распределение AХВ по атомам молекулы, образуя карту химической активности атомов молекулы, позволяет выделить атомы с наибольшей (высокие уровни AХВ) и наименьшей химической активностью (низкие уровни AХВ) (рис.1). Атом с наибольшим значением АХВ первым вступает в химическую реакцию. После того как первое химическое присоединение завершено и создана первая производная, ее AХВ карта указывает на атом(ы) для следующего присоединения, т.е. создания второй производной. Карта атомной химической восприимчивости этой производной указывает на места дальнейших присоединений и так далее. Этот метод был успешно апробирован при вычислительном синтезе полипроизводных фуллерена C60 [5].

Рис. 1. (а) – вид сверху и сбоку на равновесную структуру (5,5) нанографена; (б) – распределение атомной химической восприимчивости (АХВ) по атомам в реальном пространстве Молекула графена рассматривается как мембрана, атомы которой доступны для адсорбции с обеих сторон. Мембрана, в свою очередь, жестко закреплена по периметру (закрепленная мембрана). Этот случай может быть привязан к реальным экспериментальным условиям, при которых был получен графан как новый двумерный кристалл [6]. Процесс гидрирования состоял из двух стадий.

Первая стадия – гидрирование краевых атомов, вторая – гидрирование внутренней плоскости молекулы. Кроме того, так как по условию мембрана доступна для водорода с обеих сторон, в состав вычислений была включена проверка того, какая посадка атома водорода: над (up) или под (down) углеродной плоскостью графена, наиболее выгодна.

Расчеты показали, что, следуя описанному алгоритму, можно получить 100%-й гидрид с регулярным упорядочением циклогексаноидных структурных единиц в конформации ‘кресло’. Исторически именно этот гидрид был назван графаном [7]. Пошаговое гидрирование графена сопровождается постепенным замещением sp2–гибридизованных атомов углерода на sp3–гибридизованные.

Были рассчитаны энергетические характеристики, включающие полную энергию связи, а также ее пошаговое значение, характеризующее темп гидрирования; энергию деформации углеродного остова и энергию образования С-Н связи (полное и пошаговое значения). Построены графики зависимости этих величин от числа адсорбированных атомов.

диссертационной работе, установлены условия, влияющие как на процесс гидрирования, так и на структуру конечного продукта. Показано, что атомарная адсорбция является предпочтительной. Однако графан, как вещество с регулярной структурой, образуется только в описанных выше условиях. В остальных случаях образуются гидриды с 96-100% водородным замещением, но не имеющие регулярной структуры.

В третьей главе исследован механизм деформации и разрушения графена под действием одноосного растяжения. В рамках концепции механохимической реакции, деформация молекулы может быть описана аналогично химическим реакциям первого типа в приближении координаты реакции. Для описания этой реакции вводятся механохимические внутренние (МХВ) координаты, представленные на рис. 2 для рассматриваемого случая одноосного растяжения графена. Атомы, отмеченные темно серым цветом, исключаются из оптимизации и остаточный градиент полной энергии, относящийся к ним, определяет искомую силу отклика Fi (7) на удлинение соответствующей координаты.

Структура бензоидного кольца, так же как и регулярная упаковка бензоидных структурных единиц в графене, предопределяет выбор ориентации МХВ координат либо параллельно, либо нормально к цепочке C–C связей. Первая ориентация соответствует деформации растяжения, приложенной к зигзагообразному краю (мода ‘зигзаг’), вторая – кресельному краю (мода ‘кресло’). Деформация осуществляется в виде пошагового удлинения МХВ координат с шагом L = 0.1, так что текущая длина координат составляет L = L0 + n L, где L0 - начальная длина, n – число шагов деформации. Проведенные расчеты показали, что деформация графена является структурно чувствительной, что чувствительность проявляется в различном отклике графена на деформацию в случае различных деформационных мод.

На рис.2 приведены структуры (5,5) нанографена на последнем шаге деформации, сопровождающемся разрывом молекулы на две части. В случае деформационной моды ‘кресло’, разрушение листа начинается и заканчивается Рис. 2. Конфигурация шести МХВ координат, относящихся к двум дефомационным модам (5,5) графена, и равновесные структуры при разрыве молекулы (25й и 254й шаги деформации, соответственно). Атомы, отмеченные темно серым цветом, исключены из оптимизации разрушением единственного ряда петель. В случае моды ‘зигзаг’ разрушение одной петли «тянет за ниточку» другие петли, и образуется все удлиняющаяся одноатомная цепочка из атомов углерода, так что, в целом, разрушение графена подобно разрушению трикотажного полотна. Деформационная мода ‘кресло’ имеет одноступенчатый характер, в то время как деформационная мода ‘зигзаг’ является многоступенчатой и характеризуется образованием одноатомной цепочки атомов углерода. В процессе деформации происходит существенное изменение химической активности углеродных атомов графена. Было показано, что терминирование краев графена водородом, сохраняя все характеристики графена со свободными краями в случае деформационной моды ‘кресло’, существенно влияет на разрушение графена в случае деформационной моды ‘зигзаг’, сокращая область деформации почти в два раза и изменяя конфигурацию одноатомной углеродной цепочки.

Важным результатом проведенного исследования явилось установление неупругого характера деформации графена в целом, что ставит под сомнение использование ориентированных на линейную теорию упругости вычислительных методов, в частности методов DFT в конфигурации ‘сверхячейка+ПГУ’, для адекватного описания механических свойств графена.

Рассчитанные микро-макроскипические механические характеристики приведены в табл. 1. Как видно из табл. 1, прочностные характеристики графена берут свое начало в высокой прочности бензольного кольца.

В четвертой главе приводятся результаты исследования механических свойств гидрированного графена в рамках квантово-механохимического подхода координаты реакции. Идентичность углеродного каркаса исходных молекул (5,5) графена и графана позволяет детально рассмотреть подобие и различие их механического поведения, обусловленные гидрированием. Общим остается то, что при деформации графана в соответствии с модой ‘кресло’ образуется алкеновая цепочка, состоящая из СН единиц, аналогично одноатомной углеродной цепочке при деформации графена в моде ‘зигзаг’. Различие заключается в том, что деформационные моды ‘кресло’ и ‘зигзаг’ меняются местами, а трикотажеподобный характер деформации существенно подавлен. Помимо этого, начальная стадия деформации графана описывается состоянием сверхэластичной резины, в то время как аналогичное состояние для деформации графена отсутствует. В области упругой деформации эластичность графана значительно ниже графеновой. Разрушение графена начинается при значительно меньшем удлинении МХК, чем у графана.Подавление трикотаже-подобного характера механического поведения (5,5) нанографана объясняется заменой бензоидных структурных единиц графена на циклогексаноидные структуры графана. Как видно из табл. 1, механическое поведение молекулы циклогексана лежит в основе механического поведения исследованного нанографана. В табл. 1 приведены значения модулей Юнга, определенные в пределах области упругой деформации нанографана двумя способами. Значения E определены как тангенсы угла наклона зависимости напря Таблица 1. Микро- макроскопические механические характеристики Циклогексан (5, 5) нанографен, краевые атомы которого терминированы одним атомом водорода жения от относительного удлинения (). Величины E определены на основе расчета энергии напряжения, которая в упругом приближении представляет собой квадратичную функцию относительного удлинения Es ( ) = 0 E 2. Как видно из табл.1, оба набора характеристик хорошо согласуются между собой.

Уменьшение величин модулей Юнга графана по сравнению с графеном объясняются в данной работе с точки зрения концепции вовлеченности нормальных колебаний в процесс упругой деформации. Как показано в [8], в этом случае наблюдается прямая связь между упругими механическими свойствами объекта и его колебательным или фононным спектром. Так, если C C – частота собстBZN венных валентных колебаний C–C связей бензола, то частота колебаний циклогексана C C, которая должна обеспечить уменьшение его модуля Юнга по

CHXN BZN

( ECHXN / EBZN ). Определенные таким образом частоты колебаний молекулы циклогексана, обеспечивающие соответственное уменьшение его модуля Юнга в двух деформационных модах, приведены в табл. 2. Как видно из табл. 2, частоты молекул, а также графена и графана, обнаруживаемые в их колебательных и фононных спектрах, хорошо согласуются с вычисленными таким образом значениями. Из этого следует, что уменьшение упругой прочности графана носит динамический характер и связано со смягчением колебательных частот С-С связей в их фононных спектрах. Помимо валентных колебаний, гидрирование как молекулы бензола, так и графена сопровождается появлением низкочастотных торсионных и деформационных колебаний [10, 11], отсутствующих в бензоле и/или графене. Эти колебания не влияют на деформацию отдельной молекулы, но могут существенно повлиять на поведение связанных цепочек таких молекул. Вследствие этого было предположено, что состояние сверхэластичной резины на начальном этапе деформации графана обусловлено хорошо выявленным смягчением низкочастотной части фононного спектра графана по сравнению с графеном.

Таблица 2. Относительное изменение модулей Юнга и частоты С–С валентных колебаний

CHXN BZN

Циклогексан На защиту выносятся следующие основные результаты:

1. В рамках молекулярной теории ‘лишних’ электронов опровергнуто обычно принимаемое представление о химической инертности графена и его гидрирование впервые рассмотрено как пошаговое присоединение атомов водорода к графену, подчиненное алгоритму вычислительного синтеза на основе количественно определяемой на каждом шаге химической восприимчивости атомов графена.

2. Установлено, что как сам процесс гидрирования графена, так и структура конечного гидридного продукта зависят от нескольких внешних факторов, а именно, от а) состояния закрепления графенового субстрата;

б) доступности его сторон газообразному водороду;

в) молекулярного или атомарного состава водорода.

3. Концепция молекулярной теории, рассматривающая деформацию вещества как механохимическую реакцию, впервые применена к графену и графану.

4. Установлена высокая анизотропия механического поведения графена/графана, придающая трикотаже-подобный вид их разрушению.

5. Установлено, что деформация графена/графана проходит, в основном, в пластическом режиме; область упругой деформации узка и относится лишь к начальному этапу деформации; определены параметры упругой деформации, находящиеся в соответствии с экспериментальными данными.

6. Показано, что как анизотропия механических свойств графена/графана, так и параметры их упругих свойств объясняются механическим поведением их бензоидных/циклогексаноидных структурных единиц.

7. Впервые для объяснения причины уменьшения упругих механических характеристик графана по сравнению с графеном использована концепция молекулярной теории вовлечения в упругий деформационный процесс нормальных колебаний. В рамках этой концепции уменьшение упругих параметров получает свое объяснение как следствие смягчения частот С–С валентных колебаний при переходе от sp2 электронной конфигурации углеродного остова графена к sp3 конфигурации графана.

В целом, в настоящей работе представлены широкие возможности молекулярной теории в раскрытии механизмов химического модифицирования и деформации молекулы графена и его модифицированных аналогов.

Публикации основных результатов по теме диссертации 1. Sheka E.F., Popova N.A., Popova V.A., Nikitina E.A., Shaymardanova L.Kh. A tricotage-like failure of nanographene. // Journal. of Molecular Modeling. – 2011.

– Vol. 17 (5). – P. 1121-1131.

2. Sheka E.F., Popova N.A., Popova V.A., Nikitina E.A., Shaymardanova L.Н.

Structure-sensitive mechanism of nanographene failure. // ЖЭТФ. – 2011. – Том 139. – Вып. 4. – С. 695-705.

3. Sheka E. F., Popova N. A. How graphene is transformed into regular graphane structure.// Cornell University Library. arXiv:1108.3979v1 [cond-mat.mtrl-sci].Sheka E. F., Popova N. A. Mechanochemical reaction in graphane under uniaxial tension. // J. Phys. Chem. C. – DOI: 10.1021/jp207987v – 2011.

5. Шека Е.Ф., Попова Н.А., Попова В.А., Нуруллина Л.Х., Никитина Е.А. Механизм структурно-чувствительного разрушения нанографена. // Тезисы II международного форума по нанотехнологиям «Rusnanotech», Москва 6-8 октября 2009. Сборник тезисов, с. 190-192.

6. Попова В.А., Попова Н.А., Шека Е.Ф., Никитина Е.А., Нуруллина Л.Х. Механизм структурно-чувствительного разрушения нанографена. // Тезисы IX ежегодной международной молодежной конференции ИБХФ РАН-ВУЗЫ «Биохимическая физика», Москва 9-11 ноября 2009. Сборник тезисов, с.

206-211.

7. Попова Н.А., Шека Е.Ф. Молекулярная и атомарная адсорбция водорода на графене. Механизм превращения графена в графан // Тезисы III международного форума по нанотехнологиям «Rusnanotech», Москва, 6-8 октября 2010. Сборник тезисов, с. 190-192.

8. Попова Н.А., Попова В.А., Шека Е.Ф., Никитина Е.А., Шаймарданова Л.Х.

Механизм структурно-чувствительного разрушения нанографена. // Тезисы 16-й Всероссийской научной конференции студентов физиков и молодых ученых ВНКСФ-16, Волгорад 22-29 апреля 2010. Сборник тезисов, с. 748-749.

9. Попова Н.А., Попова В.А., Шека Е.Ф., Никитина Е.А., Шаймарданова Л.Х.

Механизм структурно-чувствительного разрушения нанографена. // Тезисы XLVI Всероссийской конференции по проблема математики, информатики, физики и химии, Москва, 19-23 апреля 2010. Сборник тезисов, с. 127-129.

10.Попова Н.А., Шека Е.Ф.. Молекулярная и атомная адсорбция водорода на графене. Механизм превращения графена в графан. // Тезисы всероссийской школы-конференции для молодых ученых «Макромолекулярные нанообъекты и полимерные нанокомпозиты», Истра, Московская область 24-29 октября 2010. Сборник тезисов, с. 60.

11.Попова Н.А. «Трикотажная модель» деформации и разрушения графена. // Тезисы VII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов», Москва 8-11 ноября 2010. Сборник тезисов, с. 181.

12.Попова Н.А., Шека Е.Ф.. Молекулярная и атомная адсорбция водорода на графене. Механизм превращения графена в графан. // Тезисы 7-й Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технологии. Конструкционные и функциональные материалы (в том числе наноматериалы) и технологии их производства», Суздаль 17- ноября 2010г. Сборник тезисов, с. 305.

13.Шека Е.Ф., Попова Н.А. «Причины и следствия разрушения графена подобного трикотажу». // Тезисы 7-й Международной конференции «Углерод:

фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технологии. Конструкционные и функциональные материалы (в том числе наноматериалы) и технологии их производства», Суздаль 17-19 ноября 2010г. Сборник тезисов, с. 437.

14.Попова Н.А., Шека Е.Ф.. Механизм превращения графена в графан. Первый вычислительный синтез графана. // Тезисы IV Всероссийской конференции по наноматериалам «Нано 2011», Москва 1-4 марта 2011. Сборник тезисов, 15.Popova N.A., Sheka E.F. Stepwise hydrogenation and fluorination of grapheme towards graphane and fluoride. // Тезисы Международной конференции «Современные углеродные наноструктуры», C.-Петербург 4-8 июля 2011. Сборник тезисов, с. 96.

16. Popova N.A., Sheka E.F. Effect of chemical modification on tricotage-like deformation of grapheme. // Тезисы Международной конференции «Современные углеродные наноструктуры», C.-Петербург 4-8 июля 2011. Сборник тезисов, с. 97.

17.Shaymardanova L. Kh., Sheka E.F., Popova N.A. The hexagon molecular motive as main factor for the failure of chemically modified grapheme. // Тезисы Международной конференции «Современные углеродные наноструктуры», C.Петербург 4-8 июля 2011. Сборник тезисов, с. 101.

18.Sheka E.F., Popova N.A. Deformation of grapheme and graphane as mechanochemical reaction. // Тезисы IV Международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов», Москва 25-28 октября 2011.

Сборник тезисов, с.582-583.

[1] Sheka E. F. Step-wise computational synthesis of fullerene C60 derivatives.

Fluorinated fullerenes C60F2k. // J. Exp. Theor. Phys. – 2010. – Vol. 111. – P. 395-412.

[2] Nechaev Y. S. The high-density hydrogen carrier intercalation in graphane-like nanostructures, relevance to its On-Board storage in Fuel-Cell-Powered vehicles. // The Open Fuel Cells Journal. – 2011. – Vol. 4. P. 16-29.

[3] Nechaev Y. S. On the solid hydrogen carrier intercalation in graphane-like regions in carbon-based nanostructures. // Intern. Journal o f hydrogen energy. – 2011.

– Vol. 36. – P. 9023- [4] Gao X., Zhou Z., Zhao Y., Nagase S., Zhang S. B., Chen Z. Comparative study of carbon and BN nanographenes: ground electronic states and energy gap engineering. // J. Phys. Chem. A. – 2008. – Vol. 112. – P. 12677-12682.

[5] Sheka E. F. Fullerenes: Nanochemistry, Nanomagnetism, Nanomedicine, Nanophotonics. – Boca Raton: CRC Press, Taylor and Francis Group, 2011.–312 pp.

[6] Elias D. C., Nair R. R., Mohiuddin T. M. G.., Morozov S. V., Blake P., Halsall M. P., Ferrari A. C., Boukhvalov D. W., Katsnelson M. I., Geim A. K., Novoselov K.

S. Control of Graphene’s properties by reversible hydrogenation: evidence for Graphane. // Science. – 2009. – Vol. 323. – P. 610-613.

[7] Sofo J. O., Chaudhari A. S., Barber G. D. Graphane: a two-dimensional hydrocarbon. // Phys. Rev. B. – 2007. – Vol. 75. – P. 153401 (4pp).

[8] Tashiro K., Kobayashi M., Tadacoro H. Theoretical evaluation of threedimensional elastic constants of native and regenerated celluloses: role of hydrogen bonds. // Polymer Journ. – 1992. – Vol. 24. – P. 899-916.

Грибов Л. А., Дементьев В. А., Тодоровский А. Т. Интерпретированные [9] спектры алканов, алкенов и производных бензола. – M.: Наука, 1986.– 495 с.

[10]Эляшберг М. Э., Карасев Ю. З., Дементьев В. А., Грибов Л. А. Интерпретированные колебательные спектры углеводородов – производных циклогексана и циклопентана. M.: Наука, 1988. – 375 с.

[11]Mohr M., Maultzsch J., Dobardi E., Reich S., Miloevi I., Damnjanovi M., Bosak A., Krisch M., Thomsen C. Phonon dispersion of graphite by inelastic x-ray scattering. // Phys. Rev. B. – 2007. – Vol. 76. – P. 035439 (7pp).

Гидрирование и деформация графена в приближении молекулярной В диссертационной работе впервые применена молекулярная теория к рассмотрению графена, что позволило учесть ряд его «молекулярных особенностей» (наличие ‘лишних’ электронов, высокие донорно-акцепторные характеристики). Применение молекулярной теории к рассмотрению химических и механических свойств графена оказалось эффективным и позволило объяснить ряд свойств этого вещества, остававшиеся в течение длительного времени непонятыми. Определены условия получения 100% гидридов графена. Установлен неупругий характер деформации графена и графана, при этом начальный этап деформации графана описывается состоянием сверхэластичной резины. Объяснено уменьшение модулей Юнга графана с помощью концепции молекулярной теории о вовлечении в упругий деформационный процесс нормальных колебаний.

Hydrogenation and deformation of graphene in view of the molecular theory The molecular theory has been applied to the consideration of such molecular properties of graphene as chemical modification and mechanical behavior. The application occurred to be successful and allowed disclosing mechanisms of both chemical reactions (hydrogenation) on the graphene bazal plane and mechanical response of the body to uniaxial tension. The conditions, which provide the formation of the 100% hydride with regular structure named as graphane, were formulated.

Plastic character of the deformation of both graphene and graphane was highlighted;

a narrow region of the elastic behavior was distinguished, while the initial stage of the deformation of graphane was attributed to the rubbery high-elasticity state. The decreasing of Young’s module of graphane was explained in the framework of the molecular theory concept based on the involvement of normal vibrations into the elastic deformation process.



 
Похожие работы:

«Тупоногов Владимир Геннадьевич ГИДРОДИНАМИКА ПУЗЫРЬКОВОГО ПСЕВДООЖИЖЕННОГО СЛОЯ В ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ УСТАНОВКАХ 01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотехника Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Екатеринбург – 2011 2 Работа выполнена на кафедре промышленной теплоэнергетики ФГАОУ ВПО Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина Научный консультант : заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор...»

«Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН (г. Новосибирск) Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор Кабов Олег Александрович Официальные оппоненты : доктор физико-математических наук, профессор Кузнецов Гений Владимирович Барташевич Мария Владимировна доктор технических наук Григорьева Нина Ильинична ДИНАМИКА И ТЕПЛООБМЕН В РУЧЕЙКОВЫХ ТЕЧЕНИЯХ И КАПЛЯХ ЖИДКОСТИ Ведущая...»

«Филатов Антон Валентинович МЕТОД ОБРАБОТКИ КОМПЛЕКСНЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ИНТЕРФЕРОГРАММ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОЙ ВРЕМЕННОЙ ДЕКОРРЕЛЯЦИИ Специальность 01.04.01 – Приборы и методы экспериментальной физики АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Барнаул – 2009 Работа выполнена в Автономном учреждении Ханты-Мансийского автономного округа – Югры Югорский научно-исследовательский институт информационных технологий Научный руководитель :...»

«Черепанов Дмитрий Николаевич ГЕНЕРАЦИЯ И НАКОПЛЕНИЕ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ В ПРОЦЕССЕ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ В МОНОКРИСТАЛЛАХ С ГЦК-СТРУКТУРОЙ Специальность 01.04.07 – физика конденсированного состояния Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Томск - 2009 Работа выполнена в ГОУ ВПО Томский государственный архитектурностроительный университет на кафедре высшей математики общеобразовательного факультета Научный руководитель : доктор...»

«Исаенкова Маргарита Геннадьевна ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЙ ТЕКСТУРЫ И СУБСТРУКТУРНОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ В ЦИРКОНИЕВЫХ СПЛАВАХ ПРИ ДЕФОРМАЦИОННОМ И ТЕРМИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИЯХ Специальность: 01.04.07 – Физика конденсированного состояния АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Автор _ Москва – 2011 Работа выполнена в Национальном исследовательском ядерном университете МИФИ Консультант: доктор физико-математических наук,...»

«Гриценко Борис Петрович ДЕФОРМАЦИЯ И РАЗРУШЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ИОННЫМИ ПУЧКАМИ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ТРЕНИИ. Специальность 01.04.07 – физика конденсированного состояния АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Томск – 2007 2 Работа выполнена в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН и Томском политехническом университете Научный консультант : заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор физикоматематических наук,...»

«БАРИНОВ ВАЛЕРИЙ ЮРЬЕВИЧ ГОРЕНИЕ СВС-СОСТАВОВ В УСЛОВИЯХ КВАЗИСТАТИЧЕСКОГО СЖАТИЯ Специальность 01.04.17 – химическая физика, горение и взрыв, физика экстремальных состояний вещества. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Черноголовка – 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН Научный руководитель Доктор...»

«С.В. Кузиков Официальные оппоненты доктор физико-математических наук С. В. Самсонов кандидат физико-математических наук ВИХАРЕВ Александр Анатольевич Г.Д. Богомолов Ведущая организация Институт электрофизики УрО РАН КВАЗИОПТИЧЕСКИЕ КОМПРЕССОРЫ МОЩНЫХ МИКРОВОЛНОВЫХ ИМПУЛЬСОВ Защита состоится 27 июня 2011 г. в 15 часов на заседании...»

«Белов Михаил Сергеевич ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ТРЕХВАЛЬНЫХ ПРИВОДНЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотехника Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Тюмень 2010 Работа выполнена на кафедре механики многофазных систем ГОУ ВПО Тюменского государственного университета Научный руководитель : доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ Шабаров Александр Борисович Официальные...»

«АСАТОВ УРОЛБОЙ ТАШНИЯЗОВИЧ УДК 539 12.043 РАССЕ:ЯНИЕ ТОРМОЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ С ЭНЕРГИЯМИ 13 И 22 МЭВ ОТ ПЛОСКИХ МИШЕНЕЙ 01.04.16 — физика атомного ядра и элементарных частиц АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук,.33/48 ТАШКЕНТ - 2002 г. Работа выполнена в Самаркандском государственном университете им. А. Навои и НИИ прикладной физики...»

«Герасимов Ярослав Сергеевич ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСПОРТА В МОЛЕКУЛЯРНОМ ОДНОЭЛЕКТРОННОМ ТРАНЗИСТОРЕ 01.04.04 – Физическая электроника 01.04.07 – Физика конденсированного состояния АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2014 Работа выполнена в Центре фундаментальных исследований НИЦ Курчатовский институт. Научные руководители: доктор физико-математических наук, профессор Снигирев Олег Васильевич...»

«Шкляев Андриан Анатольевич ВЛИЯНИЕ КВАНТОВЫХ ФЛУКТУАЦИЙ НА ОСНОВНОЕ СОСТОЯНИЕ 2D МАГНЕТИКОВ И РЕАЛИЗАЦИЮ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ ФАЗЫ АНСАМБЛЯ СПИНОВЫХ ПОЛЯРОНОВ Специальность 01.04.07 физика конденсированного состояния Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук Красноярск 2011 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН Научный руководитель : доктор...»

«Бабичева Виктория Евгеньевна ПОВЕРХНОСТНЫЕ ПЛАЗМОН-ПОЛЯРИТОНЫ В ПЕРИОДИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУРАХ Специальность: 01.04.02 – Теоретическая физика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2012 1    Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Московский физико-технический институт (государственный университет)”. Научный руководитель : заведующий лабораторией, профессор...»

«Устинов Виктор Александрович ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА НА МИКРОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ В ИСПАРИТЕЛЕ ТЕПЛОНАСОСНОЙ УСТАНОВКИ Специальность 01.04.14 Теплофизика и теоретическая теплотехника АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2010 г. 2 Работа выполнена на кафедре Теоретические основы теплотехники им. М.П. Вукаловича Московского энергетического института (технического университета). Научный руководитель : к.т.н., с.н.с....»

«Комаров Сергей Юрьевич СТРУКТУРА ЯДЕР 1f-2p ОБОЛОЧКИ Специальность 01.04.16 – физика атомного ядра и элементарных частиц АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва - 2009 Работа выполнена в Отделе электромагнитных процессов и взаимодействий атомных ядер НИИ ядерной физики МГУ имени Д.В....»

«Хазем Махмуд Али Дарвиш ИССЛЕДОВАНИЕ БОЗЕ-КОНДЕНСАЦИИ КУПЕРОВСКИХ ПАР В РЕШЕТКАХ МЕТАЛЛОКСИДОВ МЕДИ МЕТОДОМ ЭМИССИОННОЙ МЕССБАУЭРОВСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ (Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Cанкт-Петербург 2003 Работа выполнена на кафедре экспериментальной физики СанктПетербургского государственного политехнического университета. Научный руководитель : доктор...»

«Харламова Светлана Александровна СИНТЕЗ, СТРУКТУРА, МАГНИТНЫЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ГАЛЛО- ФЕРРОБОРАТОВ СО СТРУКТУРОЙ ХАНТИТА 01.04.07 – физика конденсированного состояния АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени Кандидата физико-математических наук Красноярск 2004 Работа выполнена в Институте Физики им. Л. В. Киренского СО РАН Научные руководители: доктор физ. – мат. наук, профессор С.Г. Овчинников кандидат физ. – мат. наук, доцент Л.Н. Безматерных...»

«ЛЫСОВА ОЛЬГА АЛЕКСАНДРОВНА Атомно-силовая микроскопия сегнетоэлектрических микро- и нанодоменных структур 01.04.18 – Кристаллография, физика кристаллов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук МОСКВА 2011 2 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН. Научный руководитель : Кандидат физико-математических наук Гайнутдинов Радмир Вильевич Официальные оппоненты : Доктор...»

«Семенов Владимир Михайлович Разработка системы изотопного анализа UF6 и мониторинга HF в атмосфере на основе полупроводниковых приборов Специальности: 05.27.01 – “Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и нано- электроника, приборы на квантовых эффектах” 01.04.17– “Химическая физика, горение и взрыв, физика экстремальных состояний вещества” АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук МОСКВА – 2014 Работа выполнена на...»

«ПЕТРОВИЧ Эдуард Викторович ОСОБЕННОСТИ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ PbHfO3, PbZrO3 И СОСТАВОВ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ (0.9-х)PbZrO3-xPbTiO3-0.1PbCd0.5W0.5O3 (х=0.416, 0.427, 0.455, 0.466, 0.5) Специальность: 01.04.07 – “физика конденсированного состояния” Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Ростов-на-Дону 2009 2 Работа выполнена на кафедре физики кристаллов и структурного анализа Федерального государственного образовательного учреждения...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.