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
Статья научная
Рентгеноструктурный анализ (РСА) представляет собой фундаментальный метод изучения атомной структуры материалов путем анализа дифракционных картин, возникающих при взаимодействии рентгеновских лучей с веществом. Эта методика позволяет получать информацию о внутренней организации материала, включая размеры и расположение атомов в кристаллической решетке. Одним из ключевых параметров, определяемых с помощью РСА, является период кристаллической решетки. Точность измерения этого параметра важна для понимания свойств материала, таких как образование твердых растворов, остаточные напряжения и коэффициенты термического расширения. В статье рассматриваются два основных подхода к определению периода решетки: метод разностей и метод наименьших квадратов. Последний предпочтителен, поскольку он лучше справляется с погрешностями измерений и обеспечивает более точные результаты. Кроме того, авторы приводят сравнение коэффициентов компактности для ОЦК и ГПУ решеток, демонстрируя преимущества ГПУ-структуры с точки зрения плотности упаковки атомов.
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 ахиральной BCN-нанотрубки типа «кресло»
Статья научная
В данном исследовании методом компьютерного моделирования (Hartree-Fock) изучены ахиральные BCN-нанотрубки типа «кресло» с контролируемым замещением связей C-C на B-N в углеродной матрице. Цель работы – установить зависимость энергии связи, энергии образования и ширины запрещенной зоны от количества B-N-связей. Результаты показали, что увеличение числа B-N-связей приводит к линейному снижению энергии образования на 0,47 эВ на каждую замещенную связь, а также к изменению электронной структуры, что отражается на ширине запрещенной зоны. Анализ данных выявил два характерных режима изменения ширины запрещенной зоны: первоначальный рост от –0.156 до –0.130 эВ, свидетельствующий об усилении диэлектрических свойств, и последующее криволинейное уменьшение до –0,472 эВ, указывающее на возможный переход к металлическому состоянию. Энергия связи демонстрирует криволинейную зависимость, достигая максимальных значений при 48–56 B-N-связях, что указывает на наименьшую термодинамическую устойчивость системы в этом диапазоне. Полученные данные имеют важное значение для разработки гибридных наноматериалов с заданными электронными и термодинамическими свойствами. Такие материалы перспективны для применения в наноэлектронике, катализе, устройствах энергозапасания и сенсорах. Исследование также подтверждает термодинамическую выгодность замещения C-C-связей на B-N, что открывает новые возможности для создания стабильных и функциональных наноструктур с контролируемыми характеристиками.
Бесплатно
Исследование взаимодействия атомов металла с боросодержащими углеродными нанослоями
Статья научная
В данной работе исследуется адсорбция атомов щелочных металлов (Li, Na, K) с боросодержащими углеродными нанослоями типа BC методом теории функционала плотности (DFT). Для моделирования использовались молекулярные кластеры BC с различным распределением атомов бора (типы A и B), построенные с учетом краевых эффектов и пассивацией водородом. Расчеты проводились с использованием гибридного функционала B3LYP и базиса 6-31G. Атомы металлов приближались к адсорбционным центрам пошагово с шагом 0,2 Å в диапазоне от 4 до 1 Å. Для каждой конфигурации рассчитывались значения потенциальной энергии, что позволило определить глубину энергетических минимумов, стабильность комплексов и влияние геометрии нанослоя на сорбционные свойства. Результаты моделирования демонстрируют образование устойчивых адсорбционных комплексов на поверхности боросодержащих нанослоев и подтверждают потенциал для применения в накопителях энергии и сенсорных устройствах.
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
Исследование фуллеренов BCN. Изучение основных физико химических свойств
Статья научная
В данной работе мы проделали исследование физико-химических характеристик фуллеренов, легированных атомами бора и азота, широко известных как BCN фуллерены. Работа направлена на анализ влияния гетероатомного замещения атомов углерода на фундаментальные свойства этих уникальных наночастиц по сравнению с их чисто углеродными аналогами, такими как C24. Исследование охватывает широкий спектр свойств, комплексного анализа их электронной структуры. В частности, детально рассматривается модификация энергетической щели (запрещенной зоны), что напрямую влияет на их электрическую проводимость, а также изменения в плотности электронных состояний и потенциальные магнитные моменты, возникающие из-за введения атомов B и N. Помимо теоретических расчетов, выполненных с применением методов теории функционала плотности (DFT). Это создает значительные перспективы для их применения в высокопроизводительных органических полупроводниковых устройствах.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе будет исследоваться основное квантово-химическое взаимодействие однослойной углеродной нанотрубки тип (6,6), на границе которой замыкались псевдоатомами водорода, с оксидом меди. Рассматриваются два моделирования приближения оксида меди. В данном случае моделируется последовательное приближение оксида меди к поверхности УНТ атомом кислорода. Моделирование выполнено в рамках модели молекулярного кластера с использованием расчетного метода DFT, функционала B3LYP и базисного набора 3-21G. В рамках теории функционала плотности сделан вывод о том, что при взаимодействии оксида меди атомом кислорода над выбранном атомом углерода поверхности УНТ, находящимся примерно в середине молекулярного кластера, происходит процесс адсорбции и образуется стабильный комплекс. Также исследуются энергии и расстояния адсорбции. Кроме того, проводится моделирование взаимодействия композитов УНТ-CuO (УНТ-оксид меди) с оксидом азота (II) и диоксидом азота. В результате исследования найдены основные характеристики возможности взаимодействия композита с оксидами азота. Сделан вывод о применении композита УНТ-CuO для создания на их основе газовых сенсоров с оксидом азота.
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
