Нелинейная динамика и реакционная способность углеродных нанотруб
Диссертация
Несмотря на значительный прогресс в понимании происходящих в УНТ физических явлений, некоторые аспекты остаются неясными. Это относится, в частности, к явлению теплопроводности: экспериментальное значение коэффициента теплопроводности превышает значение для графита. В этой связи интересна роль нелинейности в процессах переноса энергии в УНТ. До сих пор динамика УНТ рассматривалась в гармоническом… Читать ещё >
Содержание
- 1. Литературный обзор
- 1. 1. Развитие нанотехнологии
- 1. 2. История нанотруб
- 1. 3. Что такое углеродные нанотрубы?
- 1. 4. Тепловые свойства нанотруб
- 1. 4. 1. Теплоемкость
- 1. 4. 2. Теплопроводность
- 2. 1. Введение
- 2. 2. Сравнение методов моделирования
- 2. 3. Выбор потенциала
- 2. 4. Параметризация модели
- 3. 1. Введение
- 3. 2. Разложение потенциала Бреннера
- 3. 3. Солитоны Кортевега — де Вриза в УНТ
- 3. 4. Численное моделирование солитонов в УНТ
- 3. 5. Взаимодействие солитона с шапкой УНТ
Список литературы
- S.Iijima «Helical microtubules of graphitic carbon» // Nature 354 (1991) 56−58.
- A.Oberlin, M. Endo, T. Koyama // J. Cryst. Growth 32 (1976) 335−349.
- S.Iijima // J. Cry st. Growth 55 (1980) 675−683.
- З.Я.Козаковская, Л. А. Чернозатонский, E.A. Федеров // Письма в ЖЭТФ 56 (1992) 26−30.
- Е.Г.Гальперн, И. В. Станкевич, А. Л. Чистяков, Л. А. Чернозатонский // Письма в ЖЭТФ 55 (1992) 483.
- S.Iijima, T. Ichihashi «Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter» // Nature 363 (1993) 603−605.
- D.S.Bethune, C.H.Kiang, M.S. de Vries, G. Gorman, R. Savoy, J. Vazquez, R. Beyers «Cobalt-catalyzed growth of carbon nanotubes with single-atomic-layerwalls» // Nature 363 (1993) 605−607.
- J.W.Mintmire, B.I.Dunlap, C.T.White «Are fullerene tubules metallic?» // Phys.Rev.Lett. 68 (1992) 631−634.
- N.Hamada, S.I.Sawada, A. Oshiyama «New one-dimensional conductors: Graphitic microtubules» // Phys.Rev.Lett. 68 (1992) 1579−1581.
- R.Saito, G. Dresselhaus, M.S.Dresselhaus «Carbon fibers based on C60 and their symmetry» // Phys.Rev.В 45 (1992) 6234−6242.
- R.Saito, M. Fujita, G. Dresselhaus, M.S.Dresselhaus «Electronic structure of graphene tubules based on Ceo» // Phys.Rev.B. 46 (1992) 1804−1811.
- J.W.G.Wildoer, L.C.Venema, A.G.Rinzler, R.E.Smalley,
- C.Dekker «Electronic structure of atomically resolved carbon nanotubes» // Nature 391 (1998) 59−62.
- T.W.Odom, J.L.Huang, P. Kim, C.M.Lieber «Atomic structure and electronic properties of single-walled carbon nanotubes» // Nature 391 (1998) 62−64.
- A.Thess, R. Lee, P. Nikolaev, H. Dai, P. Petit, J. Robert, C. Xu, Y.H.Lee, S.G.Kim, A.G.Rinzler, D.T.Colbert, G.E. Scuseria,
- D.Tomanek, J.E.Fisher, R.E.Smalley «Crystalline ropes of metallic carbon nanotubes» // Science 273 (1996) 483−487.
- C.H.Olk, J.P.Heremans «Scanning tunneling spectroscopy of carbon nanotubes» // J. Mater.Res. 9 (1994) 259−262.
- Т. Ю. Астахова, Г. А. Виноградов, О. Д. Турин, «Метод перечисления шапок нанотруб», Известия РАН, серия «Физическая», 2000, т.64, N.8, стр.1494−1498.17. T.Yu.Astakhova,
- G.A.Vinogradov, E. Osawa «Numerical generation of nanotube caps» // Full.Sci. and Techn. 7(2) (1999) 223−237
- T.Yu.Astakhova, G.A.Vinogradov, E. Osawa «Numerical generation of nanotube caps II. Exact results up to (10,10)» // Full.Sci. and Techn. 7(5) (1999) 769−779.
- D.Sanchez-Portal, E. Artacho, J.M.Soler, A. Rubio, P. Ordejon «Ab initio structural, elastic, and vibrational properties of carbon nanotubes «// Phys.Rev.B 59 (1999) 12 678−13 688.
- R.Saito, G. Dresselhaus, M.S.Dresselhaus «Physical properties of carbon nanotubes», London: Imperial College Press, 1998.
- L.X.Benedict, S.G.Louie, M.L.Cohen «Heat capacity of carbon nanotubes» // Solid State Commun. 100 (1996) 177−180.
- N.W.Ashcroft, N.D.Mermin «Solid state physics», New York: Harcourt Brace, 1976.
- A.Mizel, L.X.Benedict, M.L.Cohen, S.G.Louie, A. Zettl, N.K.Budraa, and W.P.Beyermann «Analysis of the low-temperature specific heat of multiwalled carbon nanotubes and carbon nanotube ropes» // Phys.Rev.B 60(5) (1999) 3264−3270.
- R.Al-Jishi «Lattice dynamics of graphite intercalation compounds» // PhD Thesis, Massachusetts Intitute of Technology (1982).
- W.DeSorbo, G.E.Nichols // J.Phys.Chem.Solids 6 (1958) 352.26. M.G.Alexander,
- D.P.Goshorn, D. Guerard, P. Lagrange, M.El.Makrini, D.G.Onn 11 Synth. Met. 2 (1980) 203.
- J.Hone, B. Batlogg, Z. Benes, A.T.Johnson, J.E.Fisher «Quantized phonon spectrum of single-wall carbon nanotubes» // Science 289 (2000) 1730−1733.
- W.Yi, L. Lu, D.L.Zhang, Z.W.Pan, and S.S.Xie «Linear specific heat of carbon nanotubes» // Phys.Rev.B 59(14) (1999) R9015-R9018.
- G.W.C.Kaye, T.H.Laby «Tables of physical and chemical constants», London, Longman, 1995.
- R.S.Ruoff, D.C.Lorents «Mechanical and thermal-properties of carbon nanotubes» // Carbon 33 (1995) 925−930.
- D.T.Morelli, J. Heremans, M. Sakamoto, C. Uher «Anisotropic heat conduction in diacetylenes» // Phys.Rev.Lett. 57 (1986) 869−872.
- B.T.Kelly «Physics of Graphite», London: Applied Science, 1981.
- J.Heremans, C.P.Beetz, Jr. «Thermal conductivity and thermopower of vapor-grown graphite fibers» // Phys.Rev.B 32 (1985) 1981−1986.
- J.Hone, M. Whitney, C. Piskoti, and A. Zettl «Thermal conductivity of single-walled carbon nanotubes» // Phys.Rev.B 59(4) (1999) R2514-R2516.
- J.O.Hirschfelder, W.J.Meath «The nature of intermolecular forces» // Adv.Chem.Phys. 12 (1967) 3−106.
- W.L.Bade «Drude-model calculation of dispersion forces. I. General theory» // J.Chem.Phys. 27 (1957) 1280−1284.37. W.L.Bade,
- J.G.Kirkwood «Drude-model calculation of dispersion forces. II. The linear lattice» // J.Chem.Phys. 27 (1957) 1284−1288.
- К.Э.Плохотников «Термо-геометрическая динамика конечного кристаллического образца» // Математическое моделирование 5 (1993) 3−31.
- D.W.Brenner «Empirical potential for hydrocarbons for use in simulating the chemical vapor deposition on diamond films» // Phys.Rev.B. 42 (1990) 9458−9471.
- J.Tersoff «New empirical model for the structural properties of silicon» // Phys.Rev.Lett. 56 (1986) 632−635.
- J.Tersoff «New empirical approach for the structure and energy of covalent systems» // Phys.Rev.B 37 (1988) 6991−7000.
- D.C.Rapaport «The art of molecular dynamics simulations», Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1997.
- M.Toda «Theory of Non-linear Lattices», Berlin: Springer, 1981.
- J.Ford «The fermi-pasta-ulam problem paradox turns discovery» // Phys. Reports 213 (1992) 271−310.
- L.Verlet «Computer «Experiments» on Classical Fluids. I. Thermodynamical Properties of Lennard-Jones Molecules» // Phys. Rev. 159 (1967) 98−103.
- Y.Zolotaryuk, A.V.Savin, and P.L.Christiansen «Solitary plane waves in an isotropic hexagonal lattice» // Phys.Rev.В 57 (1998) 14 213−14 227.
- M.Menon, R. Richter, K.R.Subbaswamy. «Structural and vibrational properties of fullerenes and nanotubes in a nonorthogonal tight-binding scheme» // J.Chem.Phys. 104(15) (1996) 5875−5882.
- K.D.Ausman, H.W.Rohrs, M.F.Yu and R.S.Ruoff «Nanostressing and mechanochemistry» // Nanotechnology 10 (1999) 258−262.
- Y.Zhang, and S. Iijima «Elastic response of carbon nanotube bundles to visible light» // Phys.Rev.Lett. 82 (1999) 34 723 475- P. Krai, E.J.Mele, and D. Tomanek «Photogalvanic effects in heteropolar nanotubes» // Phys.Rev.Lett. 85 (2000) 1512−1515.
- P.Poncharal, Z.L.Wang, D. Ugarte, and W.A.Deheer «Electrostatic deflections and electromechanical resonances of carbon nanotubes» // Science 283(5407) (1999) 1513−1516.
- S.Berber, Y.-K.Kwon, and D. Tomanek «Unusually high thermal conductivity of carbon nanotubes» // Phys. Rev.Lett. 84 (2000) 4613−4616.
- M.C.Roco, R.S.Williams, P. Alivisatos «Nanotechnology Research Directions» // Dordrecht (the Netherlands): Kluwer Academic Publishers, 2000.
- Z.Yao, H. Potsma, L. Balents, C. Dekker «Carbon nanotube intramolecular junctions» // Nature 402 (1998) 273−276.
- C.Papadopoulos, A. Rakitin, J. Li, A.S.Vedeneev, J.M.Xu «Electronic transport in Y-junction carbon nanotubes» // Phys.Rev.Lett. 85 (2000) 3476−3479.
- R.Tamura, M. Tsukuda «Electronic states of the cap structure in the carbon nanotube» // Phys.Rev.В 52 (1995) 6015−6026.
- D.L.Nardelli, P. Pedlich, P.M.Ajayan, J.C.Charlier, X. Blase, A. deVita, R. Car «Electronic structure and localized states at carbon nanotube tips» // Phys.Rev.Lett. 78 (1997) 2811−2814.
- P.Kim, T.W.Odom, J.-L.Huang, C.M.Lieber «Electronic density of states of atomically resolved single-walled carbon nanotubes: Van Hove singularities and end states» // Phys.Rev.Lett. 82(6)1999) 1225−1228.
- S.J.Tans, A.R.M.Verschueren, C. Dekker «Room-temperature transistor based on a single carbon nanotube» // Nature 393 (1998) 49−52.
- S.J.Tans, C. Dekker «Molecular transistors -Potential modulations along carbon nanotubes» // Nature 4 042 000) 834−835.
- R.Martel, T. Schmidt, H.R.Shea, T. Hertel, Ph. Avouris «Single-and multi-wall carbon nanotube field-effect transistors» // Appl. Phys. Lett. 73 (1998) 2447−2449.
- M.Bockrath, D.H.Cobden, P.L.McEuen «Single-electron transport in ropes of carbon nanotubes» // Science 275 (1997) 1922−1925.
- D.Srivastava, D.W.Brenner, J.D.Schall, K.D.Ausman, M.F.Yu, R.S.Ruoff «Predictions of enhanced chemical reactivity at regions of local conformational strain on carbon nanotubes: Kinky chemistry» // J.Phys.Chem. 103 (1999) 4330−4337.
- D.Orlikowski, M.B.Nardelli, J. Bernholc, C. Roland «Ad-dimers on strained carbon nanotubes: A new route for quantum dot formation?» // Phys.Rev.Lett. 83(20) (1999) 4132−4135.
- B.Ni, S.B.Sinnott «Chemical functionalization of carbon nanotubes through energetic radical collisions» // Phys.Rev. В. 61(24) (2000) R16343-R16346.
- B.Ni, R. Andrews, D. Jacques, D. Qian, M.B.J.Wijesundara, Y.S.Choi, L. Hanley, S.B.Sinnott «A combined computational and experimental study of ion-beam modification of carbon nanotube bundles» // J.Phys.Chem. 105 (2001) 12 719−12 725.
- Д.А.Бочвар, Е. Г. Гальперн «О гипотетических системах: карбододекаэдре, s-икосаэдре и карбо-э-икосаэдре» // ДАН СССР 209 (1973) 610−615.
- И.В.Станкевич, М. В. Никеров, Д. А. Бочвар «Структурная химия кристаллического углерода: геометрия, стабильность, электронный спектр» // 53 (1984) 1101−1124.
- Дьюар М. «Теория молекулярных орбиталей в органической химии». -М: «Мир», 1972. 590с.
- P.W.Fowler, D.E.Manolopoulos «Molecular graphs, point groups and fullerenes» // J.Chem.Phys. 96 (1992) 7603−7614.
- D.J.Klein, X. Liu «Elemental carbon isomerism» // Int. J. Quantum Chem. 28 (1994) 501−523.
- R.C.Haddon «Ceo: Sphere or polyhedron?» // J.Am.Chem.Soc. 119 (1997) 1797−1798.
- I.V.Zaporotskova, N.G.Lebedev, L.A.Chernozatonskii «A study of the oxidation and fluorination of single-walled carbon nanotubes by the MNDO method» // Physics of the Solid State 44 (2002) 482−484.
- J.-C. Charlier, G.-M. Rignanese «Electronic structure of carbon nanocones» // Phys.Rev.Lett. 86 (2001) 5970−5973.
- R.F.Service «Superstrong nanotubes show they are smart, too» // Science 281 (1998) 940−942.
- M.S.Dresselhaus, G. Dresselhaus, P.C.Eklund «Science of Fullerenes and Carbon Nanotubes» // San Diego: Academic Press, 1995.
- G.Brinkmann, P.W.Fowler, D.E.Manolopoulos, A.H.R.Palser «A census of nanotube caps» // Chem. Phys. Lett. 315 (1999) 335 337.
- J.Kong, E. Yenilmez, T.W.Tombler, W. Kim, H.J.Dai, R.B.Laughlin, L. Liu, C.S.Jayanthi, S.Y.Wu «Quantum interference and ballistic transmission in nanotube electron waveguides» // Phys.Rev.Lett. 87 (2001) 106 801.
- H.F.Hu, Y.B.Li, Н. В. Не «Electronic properties of carbon nanotubes with pentagon-heptagon pair defects» // Daimond and related materials 10 (2001) 1818−1823.
- E.B.Kolomeisky, J.P.Straley «Statics and dynamics of a one-dimensional quantum many-body system» // Phys.Rev.B 64 (2001) 85 117−1-85 117−5.
- T.Yildirim, O. Gulseren, S. Ciraci «Exohydrogenated single-wall carbon nanotubes» // Phys.Rev.B 64 (2001) 75 404−1-75 404−5.
- C.Kim, B. Kim, S.M.Lee, C. Jo, Y.H.Lee «Effect of electric field on the electronic structures of carbon nanotubes» // Appl.Phys.Lett. 79 (2001) 1187−1189.
- A.N.Andriotis, M. Menon, D. Srivastava, L. Chernozatonskii «Rectification properties of carbon nanotube «Y-junctions» // Phys.Rev.Lett. 87 (2001) 66 802.
- S.G.Louie «Electronic properties, junctions, and defects of carbon nanotubes» // Carbon nanotubes 80 (2001) 113−145.
- P.M.Ajayan, Z.O.Zhou «Applications of carbon nanotubes» // Carbon nanotubes 80 (2001) 391−425.
- L.Liu, C.S.Jayanthi, S.Y.Wu «Structural and electronic properties of a carbon nanotorus: Effects of delocalized and localized deformations» // Phys.Rev.B 64 (2001) 33 412.
- A.N.Andriotis, M. Menon, D. Srivastava, L. Chernozatonskii «Ballistic switching and rectification in single wall carbon nanotube Y junctions» // Appl. Phy s.Lett. 79 (2001) 266−268.
- H.W.C.Postma, T. Teepen, Z. Yao, M. Grifoni, C. Dekker «Carbon nanotube single-electron transistors at room temperature» // Science 293 (2001) 76−79.
- D.Srivastava, M. Menon, K. Cho «Computational nanotechnology with carbon nanotubes and fullerenes» // Computing in science & engineering 3 (2001) 42−55.
- D.J.Shu, X.G.Gong «Curvature effect on surface diffusion: The nanotube» // J.Chem.Phys. 114 (2001) 10 922−10 926.
- J.Fraysse, A. Minett, O. Jaschinski, C. Journet, S. Roth «Carbon nanotubes as electromechanical transducers» // Vide-science technique et applications 56 (2001) 229.
- M.T.Figge, M. Mostovoy, J. Knoester «Peierls transition with acoustic phonons and solitwistons in carbon nanotubes» // Phys.Rev.Lett. 86 (2001) 4572−4575.
- S.Okada, S. Saito, A. Oshiyama «Energetics and electronic structures of encapsulated C-60 in a carbon nanotube» // Phys.Rev.Lett 86 (2001) 3835−3838.
- P.C.Collins, M.S.Arnold, P. Avouris «Engineering carbon nanotubes and nanotube circuits using electrical breakdown» // Science 292 (2001) 706−709.
- D.Kahn, K.W.Kim, M.A.Stroscio «Quantized vibrational modes of nanospheres and nanotubes in the elastic continuum model» // J.Appl.Phys. 89 (2001) 5107−5111.
- M.J.Lopez, A. Rubio, J.A.Alonso, L.C.Qin, S. Iijima «Novel polygonized single-wall carbon nanotube bundles» // Phys.Rev.Lett. 86 (2001) 3056−3059.
- O.G.Schmidt, K. Eberl «Nanotechnology Thin solid films roll up into nanotubes» // Nature 410 (2001) 168.
- A.Burian, J.C.Dore «Does carbon prefer flat or curved surfaces?» // Acta physica polonica A 98 (2000) 457−468.
- H.W.C.Postma, M. de Jonge, Z. Yao, C. Dekker «Electrical transport through carbon nanotube junctions created by mechanical manipulation» // Phys.Rev.B 62 (2000) R10653-R10656.
- J.Nygard, D.H.Cobden, P.E.Lindelof «Kondo physics in carbon nanotubes» // Nature 408 (2000) 342−346.
- V.Filip, D. Nicolaescu, M. Tanemura, F. Okuyama «Modeling the electron field emission from carbon nanotube films» // Ultramicroscopy 89 (2001) 39−49.
- L.H.Ye, B.G.Liu, D.S.Wang «Ab initio molecular dynamics study on small carbon nanotubes» // Chinese Phys.Lett. 18 (2001) 1496−1499.
- P.Kim, L. Shi, A. Majumdar, P.L.McEuen «Thermal transport measurements of individual multiwalled nanotubes» // Phys.Rev.Lett. 87 (2001) 215 502.
- Z.H.Yao, C.C.Zhu, M. Cheng, J.H.Liu «Mechanical properties of carbon nanotube by molecular dynamics simulation» // Сотр.Mat.Sci. 22 (2001) 180−184.
- A.N.Andriotis, M. Menon, D. Srivastava, G. Froudakis «Extreme hydrogen sensitivity of the transport properties of single-wall carbon-nanotube capsules» // Phys.Rev.В 64 (2001) 193 401.
- R.Tarkiainen, M. Ahlskog, J. Penttila, L. Roschier, P. Hakonen, M. Paalanen, E. Sonin «Multiwalled carbon nanotube: Luttinger versus Fermi liquid» // Phys.Rev.В 64 (2001) 195 412.
- G.Brinkmann, U. von Nathusius, A.H.R.Palser «A constructive enumeration of nanotube caps» // Disc. Appl.Math. 116 (2002) 55−71.
- P.J. de Pablo, C. Gomez-Navarro, J. Colchero, P.A.Serena, J. Gomez-Herrero, A.M.Baro «Nonlinear resistance versus length in single-walled carbon nanotubes» // Phys.Rev.Lett. 8803 (2002) 6804−6807.
- C.P.Ewels, M.I.Heggie, P.R.Briddon «Adatoms and nanoengineering of carbon» // Chem.Phys.Lett. 351 (2002) 178 182.
- C.M.Megaridis, A.G.Yazicioglu, J.A.Libera, Y. Gogotsi» Attoliter fluid experiments in individual closed-end carbon nanotubes: Liquid film and fluid interface dynamics» // Phys. Fluids 14 (2002) L5-L8.
- K.Schwab «Spring constant and damping constant tuning of nanomechanical resonators using a single-electron transistor» // Appl.Phys.Lett. 80 (2002) 1276−1278.
- A.Mayer, P. Lambin «Quantum-mechanical simulations of field emission from carbon nanotubes» // Carbon 40 (2002) 429−439.
- S.K.Moore «Nanotubes and buckyballs will soon be made by the ton Production plants are sprouting up using new process technologies» // IEEE Spectrum 39 (2002) 22−24.
- V.Georgakilas, K. Kordatos, M. Prato, D.M.Guldi, .M.Holzinger, A. Hirsch «Organic functionalization of carbon nanotubes» // J.Am.Chem.Soc. 124 (2002) 760−761.
- V.Derycke, R. Martel, J. Appenzeller, P. Avouris «Carbon nanotube inter- and intramolecular logic gates» // Nano Lett. 1 (2001) 453−456.
- G.L.Hwang, K.C.Hwang «Breakage, fusion, and healing of carbon nanotubes» // Nano Lett. 1 (2001) 435−438.
- A.Koshio, M. Yudasaka, M. Zhang, S. Iijima «A simple way to chemically react single-wall carbon nanotubes with organic materials using ultrasonication» // Nano Lett. 1 (2001) 361−363.
- S.Banerjee, S.S.Wong «Functionalization of carbon nanotubes with a metal-containing molecular complex» // Nano Lett. 2 (2002) 49−53.
- B.N.Khare, M. Meyyappan, A.M.Cassell, C.V.Nguyen, J. Han «Functionalization of carbon nanotubes using atomic hydrogen from a glow discharge» // Nano Lett. 2 (2002) 73−77.
- G.G.Samsonidze, G.G.Samsonidze, B.I.Yakobson «Kinetic theory of symmetry-dependent strength in carbon nanotubes» // Phys. Rev. Lett. 88 (2002) 65 501−1-65 501−4.
- Q.S.Zheng, Q. Jiang «Multiwalled carbon nanotubes as gigahertz oscillators» // Phys.Rev.Lett. 88 (2002) 45 503−1-45 503−3.
- B.R.Azamian, K.S.Coleman, J.J.Davis, N. Hanson, M.L.H.Green «Directly observed covalent coupling of quantum dots to single-wall carbon nanotubes» // Cem. Comm. 4 (2002) 366−367.
- Y.Lin, A.M.Rao, B. Sadanadan, E.A.Kenik, Y. RSun «Functionalizing multiple-walled carbon nanotubes with aminopolymers» // J.Phys. Chem. В 106 (2002) 1294−1298.
- Q.R.Zheng, G. Su, J.W.Hong, H. Guo «Thermal conductance for single wall carbon nanotubes» // Europ.Phys.J.B 25 (2002) 233 238.
- D.Dragoman, M. Dragoman «Micro/nano-optoelectromechanical systems» // Progress in quantum electronics 25 (2001) 229−290.
- M.D.Halls, H.B.Schlegel «Chemistry inside carbon nanotubes: The Menshutkin S (N)2 reaction» // J.Phys.Chem.B 106 (2000) 1921−1925.