Сорбция и диффузия атомов скандия и титана на поверхности углеродных нанотрубок
Автор: Кузубов А.А., Тихонова Л.В., Лубкова Т.А., Краснов П.О.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Технологические процессы и материалы
Статья в выпуске: 3 т.17, 2016 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрена модификация поверхности углеродных нанотрубок (УНТ) атомами переходных металлов. Модификация УНТ расширяет их сферу применения, делая более перспективными в производстве изделий микро- и наноэлектроники, которые, в свою очередь, могут найти применение в электронных блоках управления космической техники. Рассматривается возможность покрытия поверхности УНТ атомами скандия и титана. Выбор атомов обусловлен потенциальной возможностью создания этими атомами равномерного покрытия, что важно для практического применения. При образовании такого покрытия важную роль играет адсорбционная способность и подвижность атомов. К настоящему времени не выявлено, является ли образующаяся в экспериментах неоднородность фундаментальным свойством или это связано с технологией процесса нанесения атомов на поверхность. Понимание основ формирования покрытия поможет контролировать процесс его нанесения. Не исключено, что однородное покрытие может образовываться только на трубках определенной хиральности или диаметра. Предположено и изучено влияние радиуса, хиральности и проводящих свойств нанотрубок на их взаимодействие с атомами скандия и титана. Представлено теоретическое исследование взаимодействия одиночных атомов скандия и титана с наборами углеродных нанотрубок типа zigzag и armchair. Построены зависимости энергии связи (Есв) и энергии активации (Еа) перехода атомов по поверхности УНТ в двух неэквивалентных направлениях от радиуса углеродных нанотрубок. Оценено влияние хиральности, радиуса и проводящих свойств УНТ на значения Есв и Еа. Результаты исследования показывают более сильное взаимодействие атома титана с поверхностью углеродного каркаса по сравнению со скандием. Искривление углеродного каркаса также способствует более сильному взаимодействию изучаемых атомов с поверхностью нанотрубок. Выявлено, что степень влияния на значения энергии связи и барьеры диффузии уменьшается в ряду «хиральность - проводящие свойства - радиус». В целом значения барьеров миграции атомов Sc и Ti по поверхности низкие, что говорит о возможности их передвижения. Такая возможность будет способствовать образованию равномерного покрытия. Представленные результаты получены методом функционала плотности в лицензионной программе VASP. Для нахождения переходного состояния и потенциальных барьеров перехода атомов металлов по поверхности УНТ применен метод упругой ленты (nudged elastic band).
Углеродные нанотрубки, сорбция, диффузия скандия и титана, модификация поверхности углеродных нанотрубок
Короткий адрес: https://sciup.org/148177622
IDR: 148177622
Список литературы Сорбция и диффузия атомов скандия и титана на поверхности углеродных нанотрубок
- Zhang Y., Dai H. Formation of metal nanowires on suspended single-walled carbon nanotubes//Appl. Phys. Lett. 2000. Vol. 77, № 19. P. 3015-3017.
- Metal coating on suspended carbon nanotubes and its implication to metal-tube interaction/Y. Zhang //Chem. Phys. Lett. 2000. Vol. 331, № 1. P. 35-41.
- Gulseren O., Yildirim T., Ciraci S. Tunable adsorption on carbon nanotubes//Phys. Rev. Lett. 2001. Vol. 87, № 11. P. 116802/1-116802/4.
- Yang C. K., Zhao J., Lu J. P. Binding energies and electronic structures of adsorbed titanium chains on carbon nanotubes//Phys. Rev. B. 2002. Vol. 66, № 4. P. 414031-414034.
- Systematic study of adsorption of single atoms on a carbon nanotube/E. Durgun //Phys. Rev. B. 2003. Vol. 67, № 20. P. 2014011-2014014.
- Dag S., Durgun E., Ciraci S. High-conducting magnetic nanowires obtained from uniform titanium-covered carbon nanotubes//Phys. Rev. B. 2004. Vol. 69, № 12. P. 1214071-1214074.
- Yildirim T., Ciraci S. Titanium-decorated carbon nanotubes as a potential high-capacity hydrogen storage medium//Phys. Rev. Lett. 2005. Vol. 94, № 17. P. 175501.
- Transition-metal-ethylene complexes as high-capacity hydrogen-storage media/E. Durgun //Phys. Rev. Lett. 2006. Vol. 97, № 22. P. 226102.
- Nanotube molecular wires as chemical sensors/J. Kong //Science. 2000. Vol. 287. P. 622-625.
- Extreme oxygen sensitivity of electronic properties of carbon nanotubes/P. G. Collins //Science. 2000. Vol. 287. P. 1801-1804.
- Дьячков П. Н. Углеродные нанотрубки: строение, свойства, применения. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2006. 293 с.
- Елисеева Н. С., Кузубов А. А., Краснов П. О. Моделирование поверхностного покрытия графена ванадием//Химия и химическая технология. 2011. Т. 54. С. 42-44.
- Clustering of Sc on SWNT and Reduction of Hydrogen Uptake: Ab-Initio All-Electron Calculations/P. O. Krasnov //J. Phys. Chem. C. 2007. Vol. 111. P. 17977-17980.
- Yazyev O. V., Pasquarello A. Metal adatoms on graphene and hexagonal boron nitride: Towards the rational design of self-assembly templates//Phys Rev B. 2010. Vol. 82. P. 045407.
- Kohn W., Sham L. J. Self-Consistent equations including exchange and correlation effects//Physical Review. 1965. Vol. 140. P. 1133.
- Hohenberg P., Kohn W. Inhomogeneous Electron Gas//Physical Review. 1964. Vol. 136. P. B 864-B 871.
- Kresse G., Furthmüller J. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set//Physical Review. 1996. Vol. B54. P. 11169.
- Vanderbilt D. Soft self-consistent pseudopotentials in generalized eigenvalue formalism//Physical Review. 1990. Vol. B41. P. 7892.
- Особенности декорирования углеродных нанотрубок атомами переходных металлов/А. А. Кузубов //Химическая физика наноматериалов. 2011. Т. 30, № 1. С. 89-93.
- Henkelman G., Uberuaga B. P., Jonsson H. Сlimbing image nudged elastic band method for finding saddle points and minimum energy paths//J. Chem. Phys. 2000. Vol. 113. P. 9901.
- Clustering of Sc on SWNT and Reduction of Hydrogen Uptake: Ab-Initio All-Electron Calculations/P. O. Krasnov //J. Phys. Chem. C. 2007. Vol. 111. P. 17977-17980.
- Yazyev O. V., Pasquarello A. Metal adatoms on graphene and hexagonal boron nitride: Towards the rational design of self-assembly templates//Phys Rev B. 2010. Vol. 82. P. 045407.
