Исследование углеродных фаз из SP2†δ-гибридизированных атомов с трехмерной жесткосвязанной структурой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат физико-математических наук Али-Паша, Виталий Альбертович

• Али-Паша, Виталий Альбертович
• кандидат физико-математических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Али-Паша, Виталий Альбертович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. УГЛЕРОДНЫЕ СТРУКТУРЫ.

1.1. Строение атома углерода и углерод-углеродные связи.

1.2. Идеальные структуры (алмаз, графит, карбин).

1.3. Углеродные гибридные фазы.

1.4. Каркасные углеродные наноструктуры.

1.5. Топологические дефекты.

1.6. Постановка задачи исследования.

2. МЕТОДИКА РАСЧЕТОВ И СТРУКТУРНЫЕ МОДЕЛИ.

2.1. Методика молекулярно-механических расчетов.

2.2. Полуэмпирические квантово-механические методы.

2.3. Методика расчета средней энергии углерод-углеродных связей <Ес-с> в углеродных структурах.

2.4. Методика расчета структуры ЗБ-графита.

2.5. Методика расчета наноструктурированных фаз из фуллеренов.

2.6. Методика расчета наноструктурированных фаз из УНТ.

2.7. Методика расчета наноструктурированных фаз из УНТ сшитых фулл еренами.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА СТРУКТУРЫ ЗБ-ГРАФИТА.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ФАЗ НА ОСНОВЕ ФУЛЛЕРЕНОВ И ФАЗ НА ОСНОВЕ УНТ.

4.1. Наноструктурированные фазы из фуллеренов.

4.2. Наноструктурированные фазы на основе УНТ.

5. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ФАЗ ИЗ УНТ СШИТЫХ ФУЛЛЕРЕНАМИ.

6. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ УГЛЕРОДНЫХ ФАЗ ИЗ SP2*5

ГИБРИДИЗИРОВАННЫХ АТОМОВ.

6.1. Закономерности формирования фаз ЗБ-графита.

6.2. Закономерности формирования фаз на основе каркасных углеродных наноструктур.

6.3. Общие закономерности формирования трехмерных жесткосвязанных углеродных фаз из sp -гибридизированных атомов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование углеродных фаз из SP2†δ-гибридизированных атомов с трехмерной жесткосвязанной структурой»

Актуальность работы. Углерод имеет три основные аллотропные формы, имеющие различную структуру: цепочечную - карбин, слоевую -графит и трехмерную - алмаз. В цепочечной форме углерода карбине атомы находятся в sp-гибридизированном состоянии, т.е. образуют две связи с соседними атомами. Для слоевой формы углерода графита характерно sp2-гибридизированное состояние, когда атом углерода образует три связи с соседними атомами. Трехмерная аллотропная форма углерода алмаз состоит из атомов углерода в состоянии зр3-гибридизации, в которой каждый атом образует по четыре связи с соседними атомами. Возможность нахождения атомов углерода в различных гибридизированных состояниях обуславливает большое разнообразие неорганических соединений и указывает на возможность существования существенно большего количества разнообразных углеродных фаз, чем известно на сегодня. Поиск путей синтеза новых углеродных фаз, исследование их структуры и свойств является актуальной фундаментальной задачей физики конденсированного состояния.

В настоящее время поиск новых углеродных фаз идет в двух направлениях, во-первых, в области гибридных структур, состоящих из атомов углерода в различных основных гибридизированных состояниях (sp,

Л Л sp , sp ) в разной пропорции; во-вторых, ведется поиск фаз из углеродных атомов находящихся в состояниях с промежуточной гибридизацией sp" и/или spm (где 1<п<2, 2<ш<3). Причем промежуточные гибридизированные состояния для атомов углерода имеющих число атомов в первой координационной сфере такое же, как в основных состояниях рассматриваются как отклонения от этих состояний sp1±5, sp2*5 или sp3±s.

С точки зрения практического использования в качестве конструкционных материалов наибольший интерес представляет поиск новых углеродных фаз имеющих трехмерную (3D) жесткосвязанную структуру. Используемый в настоящее время подход к поиску таких фаз, основывается на априорном допущении, что из sp-гибридизированных атомов можно получить только цепочечные структуры, из sp2 - слоевые, и только из sp3 - трехмерные прочносвязанные. Следствием этого допущения является ограничение области поиска 3D материалов гибридными sp+sp3, sp2+sp3 или sp+sp2+sp3 фазами в которых обязательно содержатся sp3 атомы. В этом направлений достигнуты значительные успехи - теоретически исследованы и экспериментально синтезированы ряд таких фаз - глитер, хонекомб, фуллереновые полимеры, клесрит.

Однако анализ структуры каркасных форм углерода - фуллеренов и нанотрубок состоящих из sp2±5 гибридизированных атомов показывает, что для формирования объемных жесткосвязанных структур не обязательно наличие sp3 атомов. Поэтому нет никаких принципиальных ограничений на возможность существования 3D жесткосвязанных углеродных фаз из атомов в промежуточном состоянии гибридизации sp . Такие фазы остаются до сих пор не достаточно изученными и их исследование представляется актуальным.

Актуальность поиска новых углеродных 3D жесткосвязанных фаз обусловлена тем, что карбиноидные (sp) и графитоподобные (sp2) углеродные материалы из-за цепочечной и слоевой структуры имеют низкие прочностные свойства в тех кристаллографических направлениях, где связи не ковалентные, а Ван-дер-Ваальсовые. Это препятствует использованию таких материалов в качестве конструкционных, в результате чего их используют лишь как наполнители в составе композитов. Высокими прочностными свойствами во всех кристаллографических направлениях обладают углеродные материалы (sp ) с алмазоподобной структурой, однако широкое использование таких конструкционных материалов ограничивается высокой стоимостью их синтеза. Поэтому поиск новых углеродных материалов из sp2*5 атомов, которые можно синтезировать при более низких температурах и давлениях чем sp3 материалы, с трехмерной жесткосвязанной структурой и высокими прочностными свойствами во всех кристаллографических направлениях является задачей представляющей большой практический интерес.

Изучение закономерностей формирования новых углеродных фаз из

2±5 - ~ sp атомов с трехмерной жесткосвязаннои структурой актуально также в связи с тем, что их синтез возможен на основе углеродных наноструктур -фуллеренов и нанотрубок. Практическое использование материалов из таких фаз возможно не только в качестве высокопрочных конструкционных материалов, но и в качестве молекулярных сит и структур предназначенных для хранения водорода.

Таким образом, исследование структуры, свойств и закономерностей формирования новых углеродных фаз из sp2±8 атомов с трехмерной жесткосвязанной структурой является актуальным как с фундаментальной, так и с практической точек зрения.

Цель и задачи работы. Цель работы составило исследование новых углеродных фаз из sp2"1"5 -гибридизированных атомов с трехмерно жесткосвязанной структурой. Частные задачи, которые были решены в данной работе:

1. Расчет структурных и энергетических характеристик, а также свойств новых ЗО-графитовых углеродных фаз, поиск возможных путей их экспериментального синтеза.

2. Моделирование новых наноструктурированных одномерных, двухмерных и трехмерных углеродных фаз из фуллеренов, расчет их свойств. Расчет структуры двухмерных и трехмерных фаз на основе углеродных нанотрубок.

3. Исследование структуры соединений углеродных нанотрубок с фуллеренами и трехмерно жестко связанных наноструктурированных фаз на их основе.

Методы исследования. В работе были использованы методы молекулярной механики (ММ2, ММ+) и полуэмпирические квантовомеханические методы расчета структуры и энергетических характеристик (РМЗ, MNDO, AMI).

Научная новизна. В работе получены следующие новые результаты:

1. Рассчитана геометрически оптимизированная структура новых 3D-графитовых углеродных фаз, состоящих из зр2±5-гибридизироваанных атомов. Предложена классификационная схема, описывающая 3D-графитовые фазы.

2. Доказана возможность устойчивого существования одномерных, двухмерных и трехмерных жестко связанных наноструктурированных фаз из фуллеренов, все атомы в которых находятся в состоянии sp"~ -гибридизации. Установлено, что из различных типов соединений фуллеренов наиболее энергетически выгодными являются соединения атомами, находящимися в состоянии Бр2±5-гибридизации, так что при образовании соединений число атомов в структуре остается неизменным или увеличивается.

3. Систематически исследована структура 2D и 3D наноструктурированных углеродных фаз из УНТ, состоящих только из sp ~ -гибридизированных атомов.

4. Рассчитана структура различных типов возможных соединений фуллеренов с графеновым листом или УНТ, а также структура трехмерных жескосвязанныех фаз на основе таких соединений. Установлено, что наиболее энергетически выгодным типом соединений фуллеренов с графеновым листом или УНТ являются соединения атомами в эр^-гибридизирванном состоянии, за счет удаления в области "сшивки" атомов с поверхности сшиваемых структур и образования связей между образовавшимися не скомпенсированными оборванными связями.

5. Установлено, что формирование всех исследованных трехмерно жесткосвязанных углеродных фаз из Бр^-гибридизироваанных атомов происходит за счет включения в графеновые слои топологических дефектов.

Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы при разработке способов синтеза новых наноструктурированных углеродных материалов, которые могут найти применение в качестве сверхпрочных конструкционных материалов, материалов для хранения водорода или в качестве молекулярных сит.

Положения, выносимые на защиту

1. Классификационная схема ЗБ-графитовых фаз, состоящих из sp2*5-гибридизированных атомов, результаты расчета структурных и энергетических характеристик этих фаз.

2. Результаты исследования закономерностей формирования наноструктурированных углеродных материалов из фуллеренов, установленные взаимосвязи между структурными и энергетическими характеристиками.

3. Результаты модельного исследования наноструктурированных фаз с двухмерной и трехмерной жесткосвязанной структурой на основе УНТ и выявленные закономерности формирования их структуры.

4. Установленные закономерности формирования соединений нанотрубок с фуллеренами и результаты расчета трехмерно ковалентно связанных наноструктурированных фаз на основе таких соединений.

Апробация результатов работы. Основные результаты исследований по теме диссертации были представлены на: Региональной школе-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике и физике (2004, 2005 гг., Уфа); Всероссийской научной конференции студентов физиков и молодых ученых (2005 г., Екатеринбург, 2006 г., Новосибирск, 2007 г., Ростов-на-Дону - Таганрог); Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология» (2005, 2006 гг., Москва); Международной конференции «Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах» (2005, 2007, 2009 гг., Махачкала); Международной зимней школе физиков-теоретиков (2006, 2008 гг., Екатеринбург-Челябинск); Конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов (2007, 2009 гг., Владивосток); Всероссийской школе-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании», в рамках которой проходила «VII Региональная школа-конференция, посвященная 450-летию добровольного вхождения Башкортостана в Россию, для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике и химии» (2007 г., Уфа); Международной конференции. «Химия твердого тела и современные микро - и нанотехнологии» (2008 г., Кисловодск); Международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация для нанотехнологий, техники и медицины» (2008 г., Иваново); Международной школе-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании», посвященную 100-летию Башкирского государственного университета (2009 г., Уфа).

Публикации

Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 21 печатных изданиях, из них 2 статьи в журналах рекомендованных ВАК для опубликования результатов диссертационных работ, 4 статьи в других журналах и сборниках трудов научных конференций, а также 15 тезисов в сборниках трудов научных конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из общей характеристики работы, шести глав, выводов и списка литературы. Диссертационная работа изложена на 126 страницах, включает 10 таблиц, 60 рисунков и список литературы из 140 наименований.

ВВЕДЕНИЕ

Углерод встречается в природе, как в свободном, так и в соединенном состоянии, в различных формах и видах. В свободном состоянии углерод известен в трех видах: в виде угля, графита и алмаза. В состоянии соединений углерод входит в состав так называемых органических веществ, т.е. множества веществ, находящихся в теле всякого растения и животного. Он находится в виде углекислого газа в воде и воздухе, а в виде солей углекислоты и органических остатков в почве и массе земной коры. Разнообразие веществ, составляющих тело животных и растений, известно каждому. Воск и масло, скипидар и смола, хлопчатая бумага и белок, клеточная ткань растений и мускульная ткань животных, винная кислота и крахмал — все эти и множество иных веществ, входящих в ткани и соки растений и животных, представляют соединения углеродистые. Углерод -один из немногочисленных элементов «без роду, без племени». История общения человека с этим веществом уходит во времена доисторические. Имя первооткрывателя углерода неизвестно, неизвестно и то, какая из форм элементарного углерода - алмаз или графит — была открыта раньше. И то и другое случилось слишком давно.

В конце 50-х - начале 60-х годов XX в. была разработана технология получения углеродных волокон и композитов на их основе. Сегодня они широко применяются в черной и цветной металлургии, ядерной энергетике и ракетной технике, электротехнике и химическом машиностроении. Область применения углеродных материалов и композитов на основе углерода расширяется, включая электронику и лазерную технику.

Широкое использование этих материалов вызвано их уникальными физико-механическими и химическими свойствами. Углеродные материалы обладают высокой огнеупорностью, инертностью ко многим металлам, жидким шлакам и другим агрессивным средам, удивительной механической прочностью, которая сохраняется с повышением температуры. Изделиям из углерода присущи довольно хорошие тепло- и электропроводность; высокий модуль упругости и низкий коэффициент линейного расширения обеспечивают высокую термическую стойкость и снижают возможность растрескивания при тепловых ударах.

Значение углерода в современной науке и технике трудно переоценить. П.Уокер, бывший редактором книжной серии "Chemistry and Physics of Carbon", 40 лет назад писал, что прогресс в разработке новых углеродных материалов будет продолжаться как глава всеобщей истории материаловедения, и называл углерод "старым, но всегда новым материалом". Это выражение, не потерявшее своей актуальности и сегодня, многократно подтверждалось в течение всех минувших лет, и особенно последних двадцати.

Заключение диссертации по теме «Физика конденсированного состояния», Али-Паша, Виталий Альбертович

Выводы

1. В результате модельных расчетов была доказана возможность устойчивого существования одиннадцати политипов объемных ковалентносвязанных ЗБ-графитовых фаз (а- и /?-фазы) из sp2±5-гибридизированных атомов, отличающихся структурой слоев, их ориентацией и расстоянием между соседними графитоподобными слоями. Определены параметры элементарных трансляций гексагональных элементарных ячеек всех рассчитанных политипов. Оценка плотностей ЗО-графитовых политипов показала, что величина этого параметра может изменяться в широком диапазоне от 1259 кг/м (для политипа a3j) до 2298 кг/м3 (политип /?/,?), принимая значения как большие, так меньшие по о сравнению с 2269 кг/м - плотностью обычного графита. Также проведен сравнительный анализ средней энергии углерод-углеродных связей всех фаз и установлено, что минимальной энергией связей и соответственно большей энергией сублимации и большей термодинамической устойчивостью должны обладать ЗЭ-графитовые фазы с минимальным расстоянием между графитоподобными слоями (из рассчитанных фаз это ад/-фаза).

2. Доказана возможность устойчивого существования одномерных, двухмерных и трехмерных жестко связанных наноструктурированных фаз из фуллеренов, все атомы в которых находятся в состоянии sp2±5-гибридизации. Установлено, что из различных типов соединений фуллеренов наиболее энергетически выгодными являются соединения атомами, находящимися в состоянии зр2>5-гибридизации, так что при образовании соединений число атомов в структуре остается неизменным или увеличивается. Оценка плотности изученных фаз показала, что их плотность существенно меньше плотности как алмаза, так и графита -например, минимальная плотность из исследованных наноструктурированных фуллереновых фаз составляет всего 1749 кг/м3. Исследована структура 2D и 3D наноструктурированных углеродных фаз из УНТ, состоящих только из Бр^-гибридизированных атомов. Были найдены параметры элементарных трансляций таких фаз.

3. Рассчитана структура различных типов возможных соединений фуллеренов с графеновым листом или УНТ, а также структура трехмерных жескосвязанных фаз на основе таких соединений. Установлено, что наиболее энергетически выгодным типом соединений фуллеренов с графеновым листом или УНТ являются соединения атомами в зр2±5-гибридизирванном состоянии, за счет удаления в области "сшивки" атомов с поверхности сшиваемых структур и образования связей между образовавшимися не скомпенсированными оборванными связями.

4. Установлено, что формирование всех исследованных трехмерно жесткосвязанных углеродных фаз из зр2±5-гибридизироваанных атомов происходит за счет включения в графеновые слои топологических дефектов. Все атомы углерода находящиеся в состоянии sp2±s-гибридизации в таких фазах образуют одну графеновую плоскость, из которой формируется трехмерная структура фазы за счет включения в графеновый слой топологических дефектов - т.е. при замене гексагонов графенового слоя другими многоугольниками. Во всех изученных фазах встречаются топологические дефекты вызывающие как положительный (меньше 6) так и отрицательный изгиб слоя (больше 6).

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Али-Паша, Виталий Альбертович, 2010 год

1. Шулепов С.В. Физика углеграфитовых материалов. М.: Металлургия, 1990. 336 с.

2. Фиалков А.С. Углеграфитовые материалы. М.: Энергия, 1979. 319 с.

3. Сладков A.M., Кудрявцев Ю.П. Алмаз, графит, карбин аллотропные формы углерода//Природа. 1969.№5. С.37-44.

4. Уббелоде А.Р., Льюис Ф.А. Графит и его кристаллические состояния. М.: Мир, 1965.281 с.

5. Фиалков А.С. Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе. М.: Аспект Пресс, 1997, 718 с.

6. Heimann R.B., Evsyukov S.E., Koga Y. Carbon allotropes: a suggested classification scheme based on valence orbital hybridization // Carbon. 1997. pp. 1654-1658.

7. Belenkov E.A. Classification of carbon structures // Hydrogen Material Science & Chemistry of Carbon Nanomaterials. 2003. Sudak Crimea Ukraine, pp. 174-175.

8. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: Наука. 1978. 791 с.

9. Kudryavtsev Yu.P. The discovery of carbyne // Physics and Chemistry of Materials with Low-Dimensional Structures. V.21. 1998. pp. 1-6.

10. Heimann R.B., Evsyukov S.E., Kavan L. Carbyne and carbynoid structures //Physics and Chemistry of Materials with Low-Dimensional Structures. V.21. 1998. pp.XIII-XVII.

11. Kudryavtsev Yu.P, Evsyukov S.E., Guseva M., Babaev V., Khvostov V. Chemistry and Physics of Carbon, 1997. V.25. New York: Marcel Deklcer, p.3.

12. Bayghman R.H., Eckhardt H., Kertesz M. Structure property predictions for new planar forms of carbon: layered phases containing sp" and sp' atoms // J. Chem. Phys. 1987. v. 87. pp. 6687-6699.

13. Coluci V.R., Braga S.F., Legoas S.B., Galvao D.S., Baughman R.H. Families of carbon nanotubes: Graphyne-based nanotubes // Phys. Rev. B, 2003. v.68. P. 035430.

14. Narita N., Nagai S., Suzuki S., Nakao K. Optimized qeometries and electronic structures of graphyne and its family // Phys. Rev. B, 1998. v.58. pp. 1100911014.

15. Нагорный В.Г, Расчет энергии межслоевого взаимодействия углерода методом атом-атомного потенциала // Конструкционные углеродные материалы. М.: Металлургия, 1985. С. 68-71.

16. Tanaka К., Aoki Н., Ago Н., Yamabe Т., Okahara К. Interlayer interaction of two graphene sheets as a model of double-layer carbon nanotubes // Carbon, 1997. Vol. 35, № l.P. 121-125.

17. Lachter J., Bragg R.H. Interstitial in graphite and disorder carbons // Phys. Rev. B, 1986. Vol. 33, № 12. P. 8903-8905.

18. Maire J., Mering J. Graphitization of soft carbon // Chemistry and physics of carbon. New York: Dekker, 1970. Vol. 6. P. 125—190.

19. Narita N., Nagai S., Suzuki S., Nakao K. Electronic structure of threedimensional graphyne // Phys. Rev. B, 2000. v.62. pp. 11146-11151.

20. Komatsu K., Fujiwara K., Tanaka Т., Murata Y. The fullerene dimer C120 and related carbon allotropes // Carbon 2000, Vol.38, pp. 1529-1534.

21. Shigeru Tsukamoto, Tomonobu Nakayama, Masakazu Aono Stable molecular orientations of а Сбо dimer in a photoinduced dimer row // Carbon. 2007 V. 45. P. 1261-1266.

22. Бражкин B.B., Ляпин А.Г. Превращения фуллерита Сбо при высоких давлениях и температурах // УФН 1996, Том 166, №8, сс. 893-897.

23. Бражкин В.В., Ляпин А.Г., Ляпин С.Г. Новые кристаллические и аморфные модификации углерода, полученные из фуллерита при высоком давлении // УФН, 1997, т. 167, №9,с Л 019-1022.

24. Okada S., Saito S. Electronic structure and energetics of pressure-induced two-dimensional C60 polymers // Phys. Rev. B, 1999, V.59, №3, pp. 19301936.

25. Vorkin A.D, Varc S.Z., et al. Thermal studies of Сбо transformed by temperature and pressure treatments // Carbon 1997, V.35, №6, pp.745-747.

26. Давыдов B.A., Кашеварова Л.С., Рахманина А.В. Полимерные фазы высокого давления фуллерена С60: синтез, идентификация, исследование свойств //Рос. хим. ж., 2001, t.XLV, №4, с.25-34.

27. Бражкин В.В., Ляпин А.Г. Превращения фуллерита С6о при высоких давлениях и температурах // УФН, 1996, т. 166, №8, с.893-897.

28. Koichi К., Koichi F., Toni Т., Yasujiro М. The fullerene dimer C.2o and related carbon allotropes // Carbon 38, 2000, pp. 1529-1534.

29. Meletov K.P. Pressure-induced phase in tetragonal two-dimensional polymeric C60// Phys. Rev. B, 2001, V.63, 054106.

30. Nagel P., Pasler V. et al. Сбо one- and two-dimensional polymers, dimers, and hard fullerite: Thermal expansion, anharmonicity, and kinetics of depolymerization // Phys. Rev. B, 1999, V.60, № 24, pp. 16920-16927.

31. Brazhkin V.V., Lyapin A.G. Comment on "New metallic crystalline carbon: three dimensionally polymerized C6o fullerite" // Phys. Rev. В Let. 2000, Vol.85, N.26, pp.5671.

32. Okada S., Saito S. Rhombohedral C6o polymer: A semiconducting solid carbon structure// Phys. Rev. В Let. 1997, Vol.55, N.7, pp.4039-4041.

33. Okada S., Saito S., Oshiyama A. New metallic crystalline carbon: three dimensionally polymerized Сбо fullerite // Phys. Rev. В Let. 1999, Vol.83, N. 10, pp. 1986-1989.

34. Berber S., Osawa E., Tomanek D. Rigid crystalline phases of polymerized fullerenes // Phys. Rev. B. 2004. V. 70. No. 085417 (6 pages).

35. Domingos H.S. Carbon allotropes and strong nanotube bundles // J. Phys.: Condens. Matter 16 (2004) 9083-9091.

36. Zhao X., Liu Y., Inoue S., Suzuki Т., Jones R. O., Ando Y. Smallest Carbon Nanotube Is 3 A in Diameter // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 92 No. 125502. (3 pages).

37. Wang N., Tang Z. K., Li G. D., Chen J. S. Single-walled 4 A carbon nanotube arrays // Nature. 2000. V. 408. P. 50-51.

38. Tang Z. K., Sun H. D., Wang J. N., Chen J., Li G. D. Appl. Phys. Lett. 1998. V. 73. P. 2287.

39. Liu Y., Jones R. O., Zhao X. L., Ando Y. Carbon species confined inside carbon nanotubes: A density functional study // Phys. Rev. B. 2003. V. 68 No. 125413 (7 pages).

40. Iijima S, Ichihashi T. Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter // Nature. 1993. V. 363. P. 603.

41. Barry J. Cox, James M. Hill // Geometric structure of ultra-small carbon nanotubes Carbon. 2008. V.46. P. 706-720.

42. Peng L.-M., Zhang Z.L., Xue Z.Q., Wu Q.D., Gu Z.N., Pettifor D.G. Stability of Carbon Nanotubes: How Small Can They Be? // Phys. Rev. В Let. 2000, Vol.85, N. 15, pp.3249-3252.

43. Bucknum M.J. Effects of spiroconjugation in the electronic band structure of glitter// Carbon 1997, Vol. 35, No.l, pp.1-16.

44. Umemoto K., Saito S., Berber S., Tomanek D. Carbon foam: Spanning the phase space between graphite and diamond // Phys. Rev. B. 2001, Vol.64, N. 15, pp.193409.

45. Park N., Ihm J. Electronic structure and mechanical stability of the graphitic honeycomb lattice // Phys. Rev. В 2000, V.62, No.l 1, pp.7614-7618.

46. Bernasconi M.,Gaito S., Benedek G. Clathrates as effective p-type and n-type tetrahedral carbon semiconductors // Phys.Rev.B 2000,V.61,No. 19, pp 1268912691.

47. Nasibulin A.G. et al., A novel hybrid carbon material // Nature Nanotechnology 2007, Vol.2, pp.156 -161.

48. Смоли P. E. Открывая фуллерены // УФН, 1998, т. 168, №3, с. 323-330.

49. Керл Р.Ф. Истоки открытия фуллеренов: эксперимент и гипотеза // УФН 1998. Т.168, N 3, с.332-342.

50. Крото Г. Симметрия, космос, звезды и Сб0// УФН 1998.T.168,N 3,с.343-357.

51. Елецкий А.В., Смирнов Б.М. Фуллерены // УФН, 1993, Т. 163, № 2, с.ЗЗ-60.

52. Елецкий А.В., Смирнов Б.М. Фуллерены и структуры углерода // УФН, 1995, Т. 165, с. 977.

53. Bates K.R., Scuseria G.E. Why are busckyonions round? // Thearetical Chemistry Accounts 1998. V.33, pp.29-33.

54. Березкин В.И. Фуллерены как зародыши сажевых частиц // ФТТ. 2000, Т.42, вып. 3, с.567-572.

55. Соколов В. И., Станкевич И.В. Фуллерены новые аллотропные формы углерода: структура, электронное строение и химические свойства // Успехи химии, 1993. Т. 62. С. 455.

56. Попов A.M., Лозовик Ю.Е. Образование и рост углеродных наноструктур фуллеренов, наночастиц, нанотрубок и конусов // УФН, 1997, т. 167, №7, с.751-774.

57. Гольдщлегер Н.Ф., Моравский А.П. Гидриды фуллеренов: получение, свойства, структура //Успехи физ. Наук, 1998. Т. 66. С. 353.

58. Караулова Е.Н., Багрий Е.И. Фуллерены: методы функционализации и перспективы применения производных // Успехи химии, 1999. Т. 68. С. 979.

59. Безмельницын В.Н., Елецкий А.В., Окунь М.В. Фуллерены в растворах // Успехи физ. Наук, 1998. Т. 168. С. 1195.

60. Kroto H.W., Heath J.R., O'Brien S.C., Curl R.F. Smalley R.E. C60: Buckminsterfullerene // Nature. 1985. V.318. P.162.

61. Станкевич И.В., Никеров М.В., Бочвар Д.А. Структурная химия кристаллического углерода: геометрия, стабильность, электронный спектр // Успехи химии. 1984. Т. 53(7) с. 1101-1124.

62. Meijer G, Bethune D.S. Laser deposition of carbon clusters on surfaces: A new approach to the study of Fullerenes // J. Chem. Phys. 1990. V.93. P.7800-7802.

63. Kratschmer W., Fostiropoulos K., Huffman D.R. The infrared and ultraviolet absorption spectra of laboratory-produced carbon dust: evidence for the presence of the C60 molecule // Chem. Phys. Lett. 1990. V.170. №6. P. 167170

64. Perez-Garrido A. Giant multilayer fullerene structures with symmetrically arranged defects // Phys. Rev. B, 2000, V.62 № 11, pp. 6979-6981.

65. Cao В., Zhou L., et al. Preparation of high yield higher Fullerenes // Carbon 1998, V.36,№4 pp.453-456.

66. Iijima S. Helical microtubules of graphitic carbon // Nature 1991. V.354 (6348) P.56-64.

67. Елецкий A.B. Углеродные нанотрубки // УФН, 1997, т. 167, №9, с.945-972.

68. Харрис П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века, М.: Техносфера, 2003, 336 с.

69. Boehm Н.Р. The first observation of carbon nanotubes // Letters to the Editor, 1997, pp.581-584.

70. Andoa Y., Zhao X., Shimoyama H. Structure analysis of purified multiwalled carbon nanotubes // Carbon 39, 2001, pp.569-574.

71. Елецкий. A.B. Углеродные нанотрубки и их эмиссионные свойства // УФН, 2002, т. 172, №4, с.401-438.

72. Shelimov К.В., Esenaliev R.O. et al. Purification of single-wall carbon nanotubes by ultrasonically assisted filtration // Chem. Phys. Let. 282, 1998, pp. 429-434.

73. Sinnott S.B., Shenderova O.A., et al. Mechanical properties of nanotubule fibers and composites determined from theoretical calculations and simulations // Carbon 1998, V.36, №1-2, pp.1-9.

74. Dresselhaus M., Dresselhaus G., Avouris Ph. Carbon nanotubes. Synthesis, structure, properties and applications. // Topics of applied physics. V.80. Springer. 2002. 425 p.

75. Косаковская З.Я., Чернозатонский Jl. А., Федоров E.A. Нановолоконная углеродная структура//Письма в ЖЭТФ. 1992. Т.56. №1. С.26-30.

76. Dresselhaus М. S., Dresselhaus G., Saito R. Carbon fibers based on C6o and their symmetry // Phys. Rev. В 1992.V.45. P.6234-6242.

77. Bethune D.S., Kiang C.H., de Vries D.S., Gorman G., Savoy R., Vasquez J., Beyers R. Cobalt-catalysed growth of carbon nanotubes with single-atomic-layer walls. // Nature 1993. V.363 P.605-611.

78. Ando Y, Iijima S. Preparation of carbon nanotubes by arc-discharge evaporation. //Jpn J Appl Phys 1993. V.32L. P. 107-109.

79. Seraphin S., Zhou D., Jiao J. Extraordinary growth phenomena in carbon nanoclusters // Acta Microscopica. 1994. V.3 P.45-64.

80. Kiang C.H., Goddard III WA, Byers R, Salem JR, Bethune D.S. Catalytic synthesis of single-layer carbon nanotubes with a wide range of diameters. // J Phys Chem 1994. V.98. P.6612-6620.

81. Kiang C.H., Dresselhaus M.S., Beyers R, Bethune D.S. Vapo-rphase self-assembly of carbon nanomaterials. // Chem Phys Lett 1996. V.259. P.41-48.

82. Kiang C.H., Goddard III W.A., Beyers R., Bethune D.S. Carbon nanotubes with single-layer walls. // Carbon 1995. V.33(7). P.903-917.

83. Dai H. Nanotube Growth and Characterization // Carbon nanotubes, synthesis, structure, properties, and applications. Topics Appl. Phys.2001.V.80. P.29-53.

84. Journet C., Maser W. K., Bernier P., Loiseau A., Delachapelle M. L., Lefrant S., Deniard P., Lee R., Fischer J. E. Large-scale production of single-walled carbon nanotubes by the electric-arc technique // Nature 1997.V.388. P.756-758.

85. Liu J., Rinzler A. G., Dai H., Hafner J. H., Bradley R. K., Boul P. J., Lu A., lverson Т., Shelimov K., Human С. В., Rodriguez-Maeias F., Shon Y.-S., Lee T. R., Colbert D. Т., Smalley R. E. Fullerene Pipes // Science 1998. V.280. P.1253-1256.

86. Kong J., Cassell A.M., Dai LI. Chemical vapor deposition of methane for single-walled carbon nanotubes // Chem. Phys. Lett. 1998. V.292. P.567-574.

87. Kong J., Soh H., Cassell A., Quate C. F., Dai H. Synthesis of individual single-walled carbon nanotubes on patterned silicon wafers // Nature 1998. V.395. P.878-879.

88. Hafner J., Bronikowski M., Azamian В., Nikolaev P., Colbert D., Smalley R. Catalytic growth of single-wall carbon nanotubes from metal particles // Chem. Phys. Lett. 1998. V.296, P. 195-202.

89. Su M., Zheng В., Liu J., A scalable CVD method for the synthesis of single-walled carbon nanotubes with high catalyst productivity // Chem. Phys. Lett. 2000. V.322. P.321-326.

90. Захарова Г.С., Волков В.JI., Ивановская В.В. Ивановский А.Л. Нанотрубки и родственные наноструктуры оксидов металлов. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. 245с.

91. Dresselhaus M.S., Avouris P. Introduction to carbon materials research // Carbon nanotubes, synthesis, structure, properties, and applications. Topics Appl. Phys., 2001. V.80. P. 1-9.

92. Odom T. W., Huang J.-L., Kim P., Lieber С. M. Atomic structure and electronic properties of single-walled carbon nanotubes // Nature. 1998. V.391. P.62 64.

93. Kim P., Odom T. W., Huang J.-L., Lieber С. M. Electronic Density of States of Atomically Resolved Single-Walled Carbon Nanotubes: Van Hove Singularities and End States // Phys. Rev. Lett. 1999. V.82, РД225-1228.

94. Kim P., Odom T. W., Huang J., Lieber C.M. STM study of single-walled carbon nanotubes // Carbon. 2000. V.38 P. 1741-1744.

95. Bernaerts D. et al., in Physics and Chemistry of Fullerenes and Derivatives. Proc. of the Intern. Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials (Eds II Kuzmany et al.) (Singapore: World Scientific, 1995) p. 551.

96. Maniwa Y., Fujiwara R., Kira H. Multiwalled carbon nanotubes grown in hydrogen atmosphere: An x-ray diffraction study // Phys.Rev.B. 2001. V.64. P.073105-1-073105-4.

97. Беленков E.A. Закономерности структурного упорядочения многослойных углеродных нанотрубок // Известия Челябинского Научного Центра. 2001. №1. С.25-30.

98. Золотухин И.В. Фуллерит новая форма углерода // Соросовский образоательный журнал, 1996, №2, с. 51-56.

99. Stankowski J., Martinek J. A model of fullerene conductance // Solid State Communications 1996, Vol. 100, No. 10, pp. 717-720.

100. Wochmer P., Xiong X., Chow P.C., Moss S.C. X-ray study of two-phase coexistens in a C6o single crystal through the cubic-cubic phase transformation at 260 К // Phys. Rev. B. 1997, V.55, No.9, pp.5678-5683.

101. Liu P. Molecular dynamics simulation of triaxial compression of Сбо and C80 solids // Carbon. 2006. V. 44 P. 1484-1490.

102. Charlier A., McRae E., Heyd R., Charlier M.F., Moretti D. Classification for double-walled carbon nanotubes // Carbon 1999, Vol. 37, pp. 1779-1783.

103. Thess A., Lee R., Nikolaev P., Dai H., Petit P., Robert J., Xu C., Lee C.H., Kim S.G., Rinzler A.G., Colbert D.T., Scuseria G., Tomanek D., Fischer J.E., Smalley R.E. Crystalline ropes of metallic carbon nanotubes // Science. 1996. V.273, pp.483-487.

104. Setton R, Setton N. Carbon nanotubes: III. Toroidal structures and limits of a model for the construction of helical and s-shaped nanotubes // Carbon 1997, Vol. 35, № 4, pp. 497-505.

105. Lin N.F., Chuu D.S. Persistent currents in toroidal carbon nanotubes // Phys. Rev. B. 1998, Vol.57, N.l 1, pp.6731-6737.

106. Hirahara K., Suenaga K., Bandow S., Kato H., Okazaki Т., Shinohara H., Iijima S. One-dimensional metallofiillerene crystal generated inside single-walled carbon nanotubes // Phys. Rev. В Let. 2000, Vol.85, N. 25, pp.53845387.

107. Ryabenko A.G., Kiselev N.A., Hutchison J.L., Moroz T.N., Bukalov S.S., Mikhalitsyn L.A., Loutfy R.O., Moravsky A.P. Spectral properties of single-walled carbon nanotubes encapsulating ftillerenes // Carbon. 2007. V. 45. P. 1492-1505.

108. Liu P., Zhang Y.W., Gao H.J., Lu C. Energetics and stability of C60 molecules encapsulated in carbon nanotubes // Carbon. 2008. V. 46. P. 649655.

109. G.K.Dimitrokakis, E.Tylianakis, G. E. Froudakis Pillared Graphene: A New 3-D Network Nanostructure for Enhanced Hydrogen Storage // Nano Lett.2008, Vol.8, pp. 3166-3170.

110. Красюков А.Ф., Нефтяной кокс. M.: Химия. 1966. 264 с.

111. Островский B.C., Виргильев Ю.С., Костиков В.И., Шипков Н.Н. Искусственный графит. М.: Металлургия, 1986, 272 с.

112. Федоров В.Б., Шоршоров М.Х., Хакимова Д.К. Углерод и его взаимодействие с металлами. М.: Металлургия, 1978. 208 с.

113. Сюняев З.И. Нефтяной углерод. М.: Химия, 1980. 272 с.

114. Сюняев З.И. Облагораживание и применение нефтяного кокса. М.: Химия. 1966. 173 с.

115. Hugh О. Pierson HANDBOOK OF CARBON, GRAPHITE, DIAMOND AND FULLERENES: Properties, Processing and Applications // Consultant and Sandia National Laboratories, New Mexico 1993. 399p.

116. Шишков Н.Н., Костиков В.И., Непрошин Е.И., Демин А.В. Рекристаллизованный графит. М.: Металлургия. 1979. 184 с.

117. Amara Н., Latil S., Meunier V. et al. Scanning tunneling fingerprints of point defects in grapheme: Atheorethical prediction // Phys. Rev. B. 2007. V.76. P. 115423-1 115423-10.

118. Li L., Reich S., Robertson J. Defect energies of graphite: Density-functional calculations //Phys. Rev. B. 2005. V.72. P. 184109-1 184109-10.

119. Beuneu F., Nucleation and growth of single wall carbon nanotubes // arXiv;conde-mat. 2005. V.l. P. 0509400.

120. Cortijo A. Vozmediano M. A. Effects of topological defects and local curvature on the electronic properties of planar graphene // arXiv;conde-mat. 2006 V. 1. P. 0612374.

121. Попов A.M., Лозовик Ю.Е. Образование и рост углеродных наноструктур фуллеренов, наночастиц, нанотрубок и конусов // УФН, 1997, т. 167, №7, с.751-774.

122. Елецкий А.В. Углеродные нанотрубки и их эмиссионные свойства // УФН, 2002, т.172, №4, с.401-438.

123. Miyamoto Y., Rubio A., Berber S., Yoon M., Tomanek D. Spectroscopic characterization of Stone-Wales defects in nanotubes // Phys. Rev. В., 2004, Y.69, pp.121413-1 121413-4.

124. Ihara S., Itoh S., Akagi K., Tamura R., Tsukada M. Structure of polygonal defects in graphitic carbon sheets // Phys. Rev. В., 1996, V.54, pp.14713 -14719.

125. Tamura R., Akagi K., Tsukada M. Electronic properties of polygonal defects in graphitic carbon sheets // Phys. Rev. В., 1997, V.56, pp.1404 1411.

126. Xu C.H., Fu C.L., Pedraza D.F. Simulations of point-defect properties in graphite by a tight-binding-force model 4813273 // Phys. Rev. В., 1993, V.48, №18, pp.13273 13279.

127. Беленков Е.А., Ивановская В.В., Ивановский А.Л. Наноалмазы и родственные углеродные наноматериалы // Екатеринбург: УрО РАН, 2008. 169с.

128. Hahn J. R., Kang H. Vacancy and interstitial defects at graphite surfaces: Scanning tunneling microscopic study of the structure, electronic property, and yield for ion-induced defect creation // Phys. Rev. В., 1999, V.60, №6, pp.6007-6017.

129. Stauber Т., Guinea F., Vozmediano M. A. H, Disorder and interaction effects in two-dimensional graphene sheets // Phys. Rev. В., 2005, V.71, pp.0414061 -041406-4.

130. Berkert, U., Allinger N.L. Molecular mechanics // American chemical society monograph 1982, Vol.177, pp. 1-327.

131. Dewar, M.J.S., Donn M.S. Comparative tests of theoretical procedures for studying chemical reactions // J. Am. Chem. Soc. 1985, Vol.107, pp.3 8983902.

132. HyperChem, Computational chemistiy. Users guide, theory and methods. Canada: Hypercube Inc. 1996, 366 p.

133. Foresman J.B., Frisch A. Exploring chemistry with electronic structure methods. Pittsburgh: Gaussian Inc. 1996. 179 p.

134. Deuflhard P., et.al. Computational molecular dynamics. Challenges, methods. Ideas Berlin: Springer. 1999. 504 p.

135. Hinchliffe A. Modelling molecular structures.Manchester: Wiley. 2000.1-77 p.

136. Warshel A. Computer modeling of chemical reactions in enzymes and solutions. New York: Wiley, 1991. 237p.

137. Roy L. Johnston, Roald Hoffmann Superdense Carbon, C8: Supercubane or Analogue of y- Si//J. Am. Chem. SOC. 1989, V. 111. P. 810-819.

138. T. Yildirim, S. Ciraci, Ce . Kilice, A. Buldum First-principles investigation of structural and electronic properties of solid cubane and its doped derivatives // Phys. Rev. В 2000, V.62, No.l 1, pp.7625-7633.

139. СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

140. Статьи в о/сурналах рекомендованных ВАК для публикации результатовдиссертации:

141. А1. Беленков ЕА., Али-Паша В А. Структура ЗЭ-графитовых фаз // Вестник ЧелГУ. Физика. № 25 (126), выпуск 3. 2008. с. 26-31.

142. А2. Али-Паша В.А., Беленков Е.А. Наноструктурированные материалы из фуллеренов // Вестник ЧелГУ. Физика. № 12 (193) , выпуск 7. 2010. С. 27-33.

143. Другие статьи и тезисы докладов по материалам диссертации:

144. A3. Беленков Е.А., Али-Паша В.А. Структура новых углеродных фаз,2 3состоящих из sp или sp -гибридизированных атомов // Известия ЧНЦ, 2008, с. 25-30.

145. А5. Али-Паша В. А., Беленков Е.А. Моделирование структуры фуллереновых полимеров // XI Конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов, Владивосток 2007 с. 230-235.

146. А7. Али-Паша В.А. Моделирование структуры кубана // Сборник тезисов докладов: IV Региональная школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике и физике, Уфа 2004, с. 54.

147. А8. Али-Паша В.А. Моделирование структуры 3D графита // Сборник тезисов: V Сборник тезисов докладов: IV Региональная школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике и физике, Уфа 2005, с.62.

148. А9. Али-Паша В.А. Моделирование новой трехмерно связанной структурной разновидности углерода // Сборник тезисов ВНКСФ-11, Екатеринбург 2005, с. 77-78.

149. Al 1. Беленков Е.А., Али-Паша В.А. Расчет структуры 3D графитовых фаз // Сборник трудов: Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах, Махачкала 2005, с. 39.

150. А12. Беленков Е.А., Али-Паша В.А. Структура 3D графитовых фаз // Сборник тезисов докладов: XXXI Международная зимняя школа физиков-теоретиков, Екатеринбург 2006, с. 61.

151. А13. Али-Паша В.А. Расчет кубановой структуры // Сборник тезисов ВНКСФ-12, Екатеринбург 2006, с. 84.

152. А14. Али-Паша В.А., Беленков Е.А. Структура новых углеродных фаз из sp2 гибридизированных атомов // Сборник тезисов: V Международная конференция «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология», Москва 2006, с. 27.

153. А15. Али-Паша В.А. Моделирование структуры новых углеродных фаз из фуллеренов // Сборник тезисов ВНКСФ-13, Ростов-на-Дону Таганрог2007, с. 86.

154. А20. Али-Паша В.А. Моделирование структуры соединений фуллеренов с графеновым листом // Сборник тезисов докладов: Всероссийскойконференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике, Владивосток 2009, с. 29.