Нанотехнологии и наноматериалы. Рубрика в журнале - НБИ технологии
Биосенсоры на основе одномерных модифицированных углеродных наноструктур
Статья научная
В данной статье представлены результаты теоретического исследования свойств двух типов углеродных нанотрубок («кресло» и «зигзаг») с использованием квантово-химического метода теории функционала плотности в рамках модели молекулярного кластера. Исследован процесс внешней адсорбции оксидов железа и никеля на поверхности нанотрубок. Также для эффективности использования углеродных нанотрубок, содержащих замещающие атомы бора, в качестве биосенсоров, проведено изучение их взаимодействия с молекулой ацетона. Определены основные энергетические характеристики этих процессов, такие как расстояние и энергия адсорбции. Для этого был проведен модельный эксперимент по добавлению оксидов железа и никеля, а также взаимодействию биосенсорного нанодатчика на основе бороуглеродной нанотрубки с молекулой ацетона.
Бесплатно
Газовые фильтры на основе модифицированных углеродных нанотрубок
Статья научная
Нанотрубки, являясь одним из самых востребованных материалов нанотехнологии, находят новые области применения, например, использование их в качестве фильтров вредных газов. Однако при практическом применении нанотрубок зачастую оказывается, что после захвата анализируемого вещества изменения их электронного состояния не происходит. Это затрудняет фиксацию факта адсорбции вещества электронными устройствами, например сенсорными датчиками. Одним из способов решения данной проблемы может стать модифицирование поверхности углеродных нанотрубок различными атомами, что приводит к созданию нанотубулярных гетероструктур. Одним из наиболее эффективных для проведения реакции замещения веществом является бор. Он позволяет создать на поверхности нанотрубок перераспределение электронной плотности, при этом не внося существенных изменений в топологию поверхности нанотрубки. Это, в свою очередь, приводит к изменению электронно-энергетического строения получаемых систем и может привести к более выраженному изменению этого строения при сорбции атомов и молекул на поверхности таких модифицированных нанотрубок. В данной статье проводится анализ влияния борных примесей различных концентраций на сенсорную активность таких модифицированных бором углеродных нанотрубок в отношении диоксида серы для исследования возможности использования таких бороуглеродных систем в качестве материала высокоэффективных сенсоров.
Бесплатно
Статья научная
В работе в рамках метода DFT впервые построены суперъячейки композитов графен/LTO, являющихся перспективным компонентами химических источников тока. Для полученных суперъячеек найдены энергии образования, построены графики плотности электронных состояний. Установлено, что увеличение массовой концентрации литий-титаната приводит к увеличению квантовой емкости при 0В, что приводит и к росту полной емкость композита. Методом упругих лент показано, что добавление графена снижает энергетический барьер миграции атомов лития между узлами ячейки LTO.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены результаты расчетов эллипсометрических параметров отраженного света от тонких полупроводниковых слоев в условиях поверхностного плазмонного резонанса. В качестве объектов исследования использованы слои из InSb и GaAs. В методе спектроскопии поверхностного плазмонного резонанса основным параметром является разность углов, в которых достигается минимумы коэффициентов отражения соответственно со слоем и без него. Показано, что в случае InSb-слоя характерные минимумы в угловых спектрах эллипсометрического параметра с отстоят друг от друга на 6,1°. Различия в минимумах для эллипсометрического параметра Д составляют 6,8°. Для случая GaAs эти различия имеют следующие значения: для параметра с разность составляет 3,55°, для параметра Д разность равна 3,90°. Проведенный анализ является расширением обычного метода спектроскопии поверхностного плазмонного резонанса на случай поляризованного света и показывает высокую эффективность предложенного метода для диагностики тонких слоев полупроводниковых материалов.
Бесплатно
Исследование взаимодействия модифицированных ВС-нанотрубок с углеродосодержащими молекулами
Статья научная
В данном материале рассматривается возможность граничного модифицирования бороуглеродных нанотубуленов с процентным соотношением атомов бора и углерода 50:50 функциональными группами, такими как карбоксильная, аминная и нитрогруппы и устанавливается стабильность полученного нанокомплекса. Также в статье определяется сорбционное и сенсорное взаимодействие данного нанокомплекса «Бороуглеродная нанотрубка-функциональная группа» в отношении углеродосодержащих молекул, а именно молекул углекислого газа и ацетона. Все исследования проводились с помощью компьютерного моделирования при использовании метода теории функционала плотности. Полученные в ходе проведения модельного эксперимента результаты позволяют определить перспективы возможности создания миниатюрных сверхчувствительных и селективных сенсоров для определения наличия заболевания человека на ранней стадии.
Бесплатно
Исследование взаимодействия углеродных наноструктур с атомом серебра
Статья научная
В данной работе рассматривалось теоретическое исследование возможности применения углеродных нанотрубок в качестве элементов сенсорных устройств, проявляющих чувствительность в отношении молекулы серебра. В качестве нанотрубки выступала углеродная нанотрубка типа зиг-заг (6,0). Данная система позволит ускорить решения проблем прикладного использования наносистем: для высокоэффективных датчиков нового поколения на основе нанотрубок, обеспечивающих установление наличия ядовитых веществ и т. д. Результаты компьютерного моделирования указали на отличительные параметры взаимодействия, полученные методом DFT. Сделан вывод о том, что углеродные нанотрубки практически всегда образуют с Ag стабильные химические комплексы. Полученная наносистема проявляет сорбционную и сенсорную активность в отношении серебра.
Бесплатно
Исследование взаимодействия углеродных нанотрубок с продуктами выстрела пороха
Статья научная
В работе представлено исследование по использованию углеродных нанотрубок в качестве маркирующих добавок пороха для снарядов огнестрельного оружия. Методами электронной микроскопии установили наличие углеродных нанотрубок в продуктах сгорания пороха. Теоретические расчеты взаимодействия различных кластеров углеродных нанотрубок с металлами продуктов выстрела подтвердили наличие сорбционного взаимодействия на внешней поверхности углеродных нанотрубок таких металлов, как алюминий, олово, сурьма, медь, железо, магний, свинец.
Бесплатно
Исследование влияния углеродных нанотрубок на теплопроводные свойства термопаст
Статья научная
Многие промышленные секторы требуют эффективной теплопередачи для обеспечения безопасной и эффективной работы оборудования. Термопасты - это материалы, используемые для улучшения теплопередачи между различными поверхностями. В этом исследовании было изучено влияние углеродных нанотрубок [1; 2] на теплопроводные свойства термопаст. В работе был проведен эксперимент для оценки термической стабильности и улучшения характеристик термопаст при добавлении углеродных нанотрубок. Эффективная передача тепла имеет важное значение во многих промышленных отраслях для обеспечения безопасной и эффективной работы оборудования. Термопасты являются материалами, применяемыми для улучшения теплопередачи между различными поверхностями. Результаты исследования показали, что добавление углеродных нанотрубок позволяет улучшить распределение и передачу тепла, что существенно повышает эффективность и надежность работы многих устройств. Полученные результаты подчеркивают потенциал углеродных нанотрубок как многообещающей добавки для улучшения теплопроводных свойств термопаст в различных приложениях.
Бесплатно
Исследование возможности создания двумерного слоя h-BCN
Статья научная
В данной работе мы оценивали возможность создания двухслойного кристалла на основе слоя BCN. В качестве расчетного метода была выбрана теория функционала плотности DFT с функционалом B3LYP и базисным набором 3-21G. Получены кривые потенциальных энергий взаимодействия двух слоев BCN в различных ориентациях друг относительно друга. Проведенные исследования показали, что создание двухслойного h-BCN возможно, но энергетически выгоднее образование двухслойного h-BCN из слоев, смещенных друг относительно друга по оси y на Ѕ от длины гексагона.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе представлены результаты исследования возможности создания композитов на основе биополимера полиэфирэфиркетона (РЕЕК), армированного углеродными нанотрубками, для использования их в качестве материала протезов, которые могут быть изготовлены с помощью 3D-печати. Материал получается путем введения в матрицу полимерного композиционного материала (ПКМ) углеродных нанотрубок (УНТ). Был смоделирован и изучен процесс взаимодействия однослойной углеродной нанотрубки (6, 6) с мономером полиэфирэфиркетона и с фрагментом, состоящим из четырех мономеров РЕЕК. Изучено одноцентровое и двухцентровое взаимодействия. Расчеты были выполнены в рамках квантово-химического метода DFT с различными базисными наборами. Определены основные параметры взаимодействия и доказана возможность реализации модифицирования полимера нанотрубками, что может послужить стимулом для создания нового материала, который будет обладать новыми уникальными свойствами, для создания в дальнейшем долговечных протезов конечностей.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье рассмотрена возможность создания ультратонкого лекарственного покрытия для билиарных стентов. Также в статье представлены теоретические расчеты взаимодействия комплексов полимеров-носителей и сополимера «полимолочная кислота - поликапролактон», модифицированных углеродными нанотрубками. Данное покрытие предложено с целью улучшения биосовместимости при проведении эндобилиарного стентирования.
Бесплатно
Исследование миграции протона на поверхности двумерного карбонитрид бора
Статья научная
Проведено изучение адсорбции атомарного водорода на поверхности двумерного слоя BCN с использованием теории функционала плотности. Изучен процесс миграции одиночного протона по поверхности двумерного слоя BCN и установлен наиболее вероятный путь его перемещения. Проведена оценка плотности состояний слоя BCN с протоном на поверхности. Доказано, что двумерный слой BCN является перспективным материалом для использования его в качестве функционального элемента устройств, обладающих проводимостью.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе представлены результаты расчетов взаимодействия азотсодержащих углеродных нанотрубок с атомами и молекулами газовой фазы, таких как: хлор, фтор, угарный и углекислый газы. Измерения и расчеты были проведены по модели молекулярного кластера с помощью метода теории функционала плотности с использованием функционала B3LYP.
Бесплатно
Исследование стойкости лекарственного покрытия на медицинских стентах
Статья научная
Проведены исследования по разработке лекарственного покрытия на основе поливинилпирролидона с добавлением ацетилсалициловой кислоты (АСК). Данное покрытие нанесено на поверхность аналога медицинского стента электрохимическим осаждением. Дана оценка полученного лекарственного покрытия. Проведены коррозионные испытания исследуемых образцов с нанесенным покрытием методом поляризационного сопротивления. Выявлена зависимость коррозионной стойкости материала от концентрации ацетилсалициловой кислоты в составе лекарственного покрытия.
Бесплатно
Статья научная
В настоящей работе с использованием теории функционала плотности (DFT) исследовались процессы адсорбции оксида меди (CuO) на поверхности углеродных нанотрубок типа (6,6). Определено наиболее энергетически благоприятное положение атома CuO относительно нанотрубки. Проанализировано распределение заряда в оптимизированных комплексах и охарактеризованы электронные свойства системы «углеродная нанотрубка - оксид меди». Полученные результаты свидетельствуют о том, что процессы адсорбции приводят к изменению электронных и зарядовых характеристик рассматриваемого композитного материала.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе рассмотрено теоретическое исследование сенсорных свойств функционализированной аминогруппой бороуглеродной нанотрубки типа зиг-заг (6,0), содержащей равное количество углерода и бора. Такая нанотрубка могла бы выступать элементом сенсорного устройства для охраны окружающей среды. Моделирование выполнено в рамках модели молекулярного кластера с использованием расчетного метода DFT, функционала B3LYP и базисного набора 6-31G. Получены основные характеристики функционализации нанотрубки, ее сорбционной и сенсорной активности в отношении атомов щелочных металлов Li, Na, K. Сделан вывод о применимости полученной системы для обнаружения присутствия атомов щелочных металлов.
Бесплатно
Статья научная
В работе проведено теоретическое исследование, а также численное моделирование взаимодействия трехмерных предельно коротких импульсов с неоднородным массивом ориентированных полупроводниковых углеродных нанотрубок, с нелинейности поляризации 3 и 5 порядков. Показаны результаты временной эволюции таких импульсов, зависимости напряженности импульса от параметров неоднородности массива ориентированных нанотрубок.
Бесплатно
Сенсорные свойства углеродных нанотрубок, содержащих примесные атомы бора
Статья научная
Нанотрубки, будучи одним из самых востребованных материалов нанотехнологии, находят себе все новые области применения, в частности использование их в качестве высокочувствительных сенсоров. Однако при практическом применении нанотрубок зачастую оказывается, что, несмотря на положительные сорбционные свойства, изменение их электронного состояния не происходит после захвата анализируемого вещества. Данный факт существенно затрудняет возможность их использования в качестве сенсорных нанодатчиков. Одним из способов улучшения электронных свойств углеродных нанотрубок за счет создания на их поверхности гетероструктур выступает модифицирование различными атомами. При этом одним из самых эффективных для проведения реакции замещения веществом является бор. Он позволяет создать на поверхности нанотрубок перераспределение электронной плотности, не внося существенных изменений в топологию поверхности нанотрубки. В данной статье проводится анализ модельного эксперимента по изучению возможности использования самих нанотрубок в качестве высокочувствительных наносенсоров в отношении молекул углекислого газа.
Бесплатно
Статья научная
Электромагнитные сигналы и волны сопровождают нас в повседневной жизни, передаваемая ими информационная составляющая позволяет нам использовать мобильные телефоны, радио и телевизоры. Однако электромагнитные волны могут быть использованы и для нежелательных целей, например, для подслушивания или несанкционированного доступа к информации. Для защиты от таких угроз используются радиопоглощающие материалы (РПМ). Материалы и покрытия, которые используются для экранирования, сильно различаются по своим свойствам, экранирующей способности и цене. В статье рассматривается класс РПМ на основе полимерных углеродосодержащих матриц со стабилизированными в ней ферромагнитными наночастицами, который обладает высокой эффективностью в поглощении электромагнитных волн различных диапазонов частот, стойкостью к коррозии и механическим повреждениям, а также широким диапазоном рабочих температур. Определение тактико-технических характеристик защитного экранирующего радиопоглощающего покрытия на основе полимерных углеродосодержащих матриц с ферромагнитными наночастицами было основано на разработке модели угроз информации выделенного помещения и физико-химических свойствах материала.
Бесплатно
Статья научная
На основании решения уравнений Максвелла, получено эффективное уравнение, описывающее поведение интенсивности электрического поля трехмерного предельно короткого оптического импульса в среде фотонного кристалла на основе полимерной матрицы, допированной полупроводниковыми углеродными нанотрубками. Показано численное решение полученного уравнения, представляющее временную эволюцию импульсов. Установлено устойчивое распространение импульсов в нелинейной среде фотонного кристалла на основе полимера и углеродных нанотрубок.
Бесплатно
