Компьютерное моделирование и рентгеноструктурный анализ углеродных нанотрубок

Изучение углеродных материалов в некристаллическом состоянии и их идентификация в экспериментальных образцах дифракционными методами исследования является весьма сложной задачей, так как данные материалы обладают рентгеноаморфной картиной рассеяния и существует большое число полиморфных модификаций углерода. Основой решения данной проблемы является построение теоретических моделей различных конфигураций атомов, расчет, анализ, сравнение модельных рентгенограмм и сопоставление их с экспериментальными результатами. В работе произведена попытка применения данного подхода при исследовании углеродных нанотрубок (УНТ). Авторами построен ряд моделей УНТ различных конфигураций (по типу, длине, внутреннему радиусу, хиральности, числу слоев). Для всех смоделированных объектов рассчитаны теоретические дифракционные картины рассеяния (с использованием методики Дебая), произведен их анализ, сравнение; выявлены идентификационные признаки, позволяющие оценить ряд структурных параметров (тип, хиральность, число слоев и т. д.) УНТ в экспериментальных образцах. Дополнительно приведены результаты рентгенографических исследований образца углеродного материала, содержащего нанотрубки. Для него построена модель атомной структуры, картина рассеяния которой близка к экспериментально полученной рентгенограмме. В работе дополнительно выявлено, что при теоретических расчетах целесообразно формирование моделей смесей УНТ, различных по геометрическим характеристикам, и расчет соответствующих «усредненных» картин рассеяния. Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования рентгеноструктурного анализа совместно с компьютерным моделированием при исследовании УНТ.