Моделирование процесса нуклеации углеродных наноструктур тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат наук Остроумова Гульназ Маратовна

• Остроумова Гульназ Маратовна
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Остроумова Гульназ Маратовна

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Механизмы образования фуллеренов

1.2. Эксперименты по нуклеации фуллереноподобных частиц

1.3. Теоретическое описание нуклеации фуллереноподобных частиц

1.4. Сравнение реакционных потенциалов

1.5. Выводы

Глава 2. Классические, реакционные и квантовые методы в молекулярной динамике

2.1. Метод классической молекулярной динамики

2.2. Реакционные потенциалы межатомного взаимодействия

2.3. Ab initio методы расчета структуры и свойств наносистем

2.4. Выводы

Глава 3. Образование наноструктур при охлаждении газовой углеродной фазы

3.1. Параметры молекулярно-динамической модели

3.2. Этапы нуклеации

3.3. Кластеризация

3.4. Изменение гибридизации в процессе моделирования

3.5. Анализ графитизации

3.6. Сравнение AIREBO и AIREBO-M

3.7. Влияние четырехчастичных взаимодействий на нуклеацию

3.8. Связь графитизации и кристаллизации

3.9. Выводы

Глава 4. Сравнение с результатами первопринципных расчетов

и экспериментальными данными

4.1. Сравнение реакционных методов классической молекулярной динамики с ЭРТБ

4.2. Карты поверхностей эквипотенциальной энергии

4.3. Распределение двугранных углов в жидком углероде и сравнение

с ЭРТ

4.4. Сравнение с экспериментальными и литературными данными

4.5. Выводы

Заключение

Словарь терминов

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование процесса нуклеации углеродных наноструктур»

Введение

Актуальность темы исследования. Свойства таких углеродных наноструктур, как графены, фуллерены, нанотрубки, привлекают внимание исследователей уже несколько десятков лет. Их применение в энергетических технологиях, электронике, авиации и других промышленных областях расширяется за счет уникальных свойств этих материалов (высокая прочность, сопротивление, тепло- и электропроводность и т.д.) [1, 2, 3]. Формирование таких углеродных соединений из однородной газовой фазы является сложной задачей. Например, известно, что различные сценарии зарождения молодой сажи приводят к различным соединениям углерода [4, 5, 6, 7].

Оптимизация технологий получения углеродных наноструктур требует детального теоретического осмысления процессов нуклеации, которые могли бы объяснить механизмы формирования и роста наноструктур. Для изучения процесса нуклеации в данной работе используются методы молекулярной динамики (МД), т.к. образование критического зародыша - это важный вид сложных неравновесных процессов, требующих атомистического уровня описания. Помимо этого, исследование нуклеации требует модели, которая способна описать образование и разрыв химических связей, а также различные варианты гибридизаций (sp, sp2, sp3). В данной работе теоретическое исследование проводится методами молекулярной динамики с использованием реакционных межатомных потенциалов, которые способны описывать изменение типа химической связи: AIREBO (Adaptive Intermolecular Reactive Empirical Bond Order) [8] и ReaxFF (Reactive Force Field) [9]. Обе модели являются одними из наиболее часто используемых для реакционных молекулярно-динамических исследований углеродных и углеводородных систем. Постоянно растущее разнообразие доступных реакционных межатомных потенциалов для исследования углерода требует их тщательной проверки для конкретной молекулярной системы при заданных давлении и температуре.

Степень разработанности темы исследования. К настоящему времени значительные вычислительные усилия были предприняты для того, чтобы пролить свет на ранние стадии нуклеационных процессов в газофазных углеродных системах при высоких температурах. И вот уже более тридцати лет с момента разработки первых реакционных межатомных потенциалов для углерода [10, 11] молекулярная динамика (МД) остается одним из наиболее часто используемых инструментов для численных исследований в этой области. С помощью МД уже исследуют фуллерены [12], углеродные нанотрубки (УНТ) [13], изготовление графена "снизу-вверх" [14], высокотемпературное образование сажи [15, 16] и крекинг углеводородного топлива [17]. Точность современных реакционных потенциалов может быть сопоставима с квантовыми методами, как это было показано для моделирования жидкого углерода [18, 19], алмаза, графена, УНТ и аморфного углерода [20, 21]. Будучи основой всей органической химии, углерод показал сложное химическое поведение и поэтому предъявляет высокие требования к аналитической форме потенциалов МД. Однако разнообразие МД моделей порождает внутренние противоречия между различными потенциалами или даже между различными наборами параметров в пределах одного силового поля. Недавно было показано, что современные широко используемые углеродные потенциалы, в том числе такие популярные как АЖЕВО [8] и КеахРР [9], воспроизводят структуру аморфного углерода с большим расхождением в скорости нуклеации [22], гибридизации и степени графитизации [23, 24]. Предсказания плотности жидкого углерода при температуре больше 5000 К также варьируют в пределах более 50 % в зависимости от конкретного потенциала [19]. Было показано [25], что КеахРР может испытывать трудности в описании корректных энергетических барьеров для актов отрыва водорода в органических соединениях. Все вышеперечисленные проблемы, возникшие в последние годы в реакционной молекулярной динамике, подчеркивают, что решения о предпочтении одного углеродного потенциала над другим требуют предварительной аргументации в каждом конкретном случае.

Цели и задачи диссертационной работы:

1. Исследование механизма нуклеации углеродных структур из газовой фазы при сверхбыстром охлаждении. Анализ стадий процесса формирования фуллереноподобной частицы.

2. Сопоставление результатов, полученных различными реакционными моделями, с квантово-механическими или экспериментальными данными.

3. Определение оптимальных реакционных потенциалов для моделирования формирования наночастиц в газе чистого углерода.

Научная новизна. Реакционные модели АШЕБО и ЯеахРР являются одними из самых популярных в научном сообществе, однако, в литературе мало работ по их сравнению, еще меньше работ по сравнению нескольких параметризаций в рамках одного потенциала. И несмотря на многообразие реакционных потенциалов и их взаимные противоречия, ограниченное число групп проводит валидацию моделей квантовыми методами. В данной работе проведено детальное исследование нуклеации из газовой фазы с использованием 2 наборов АЖЕБО и 6 наборов ЯеахРР и сравнение полученных результатов с различными референсными значениями (экспериментальные и квантово-механические данные). Исследована связь между процессами графитизации и кристаллизации. Предложена методика построения трехмерных карт эквипотенциальных поверхностей для реакционных и первопринципных моделей.

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты, изложенные в работе, могут быть использованы как рекомендации по использованию реакционных моделей для наиболее достоверного исследования. Проделанная работа по сравнению полученных результатов с несколькими квантовыми методами (ЭРТ, ЭРТБ) позволила выбрать 3 параметризации потенциала ЯеахРР в качестве наиболее оптимальных реакционных потенциалов для МД-моделирования формирования углеродных наночастиц. Результаты исследования могут быть использованы различными организациями, изучающими углеродные соединения: Объединенный Институт Высоких температур РАН,

Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов, Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, Российская биотехнологическая компания "СбОБио", UMATEX (предприятие Госкорпорации «Росатом»).

Методология и методы исследования. Проводится молекулярно-дина-мическое моделирование нуклеации углеродных наночастиц из газовой фазы при быстром охлаждении с помощью потенциала AIREBO и нескольких параметризаций модели ReaxFF. Вычисления проводились в программных пакетах LAMMPS [26], TeraChem [27] и VASP [28] с использованием ресурсов суперкомпьютерных центров ОИВТ РАН и МФТИ.

Положения, выносимые на защиту:

1. На основе молекулярно-динамического моделирования выявлены 3 стадии процесса нуклеации фуллереноподобной частицы при быстром охлаждении чистого углеродного пара: газ sp-гибридизованных цепочек, аморфная капля вр2-гибридизованных атомов и фуллереноподобная луковичная структура.

2. Предложена методика построения трехмерных карт эквипотенциальных поверхностей для сравнения реакционных эмпирических моделей и первоприн-ципных методов для задачи столкновения систем нескольких атомов. Данный анализ позволил объяснить различия в описании процесса кластеризации разными реакционными моделями.

3. Сравнение с экспериментальными и ab initio данными позволяет выделить три реакционных модели, которые являются наиболее оптимальными из проанализированных для исследования формирования наночастиц в газе чистого углерода.

Степень достоверности и апробация результатов. Основные результаты диссертации докладывались на следующих конференциях: VI Международная конференция ЛаПлаз (Москва, 2020), VII-ая Всероссийская конференция по наноматериалам - НАНО 2020 (Москва, 2020), Inaugural Symposium for Computational Materials Program of Excellence (Сколково, 2019), Magnetic

resonance: current state and future perspectives, EPR-75 (Казань, 2019), XXXIII International Conference on Equations of State for Matter (Elbrus, 2018), 29th International Conference on Diamond and Carbon Materials (Дубровник, Хорватия, 2018), XXXV Всероссийский симпозиум молодых ученых по химической кинетике (Москва, 2018), VII Всероссийская Бакеевская конференция с международным участием (Москва, 2018), 61-я Всероссийская научная конференция МФТИ (Долгопрудный, 2018), 60-я Научная конференция МФТИ (Долгопрудный, 2018), XXXI International Conference on Equations of State for Matter (Elbrus, 2016), 59-я Всероссийская научная конференция МФТИ с международным участием (Долгопрудный, 2016), Атомистическое моделирование, теория и эксперимент (Абхазия, 2015), 58-я Всероссийская научная конференция МФТИ с международным участием (Долгопрудный, 2014).

Результаты представлены на конкурсах научных работ МФТИ (1 место в 2014, 3 место в 2016) и на XXXV Всероссийском симпозиуме молодых ученых по химической кинетике (2 место, 2018).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 16 печатных работах, из них 4 статьи в рецензируемых зарубежных журналах, индексируемых базами данных WoS и Scopus, 2 статьи в сборниках трудов конференций, индексируемых базой данных РИНЦ, и 10 тезисов докладов. Статьи в рецензируемых журналах:

1. Orekhov N. D., Ostroumova G. M., Stegailov V. V. High temperature pure carbon nanoparticle formation: validation of AIREBO and ReaxFF reactive molecular dynamics. // Carbon. 2020. Vol. 170. P. 606-620. DOI 10.1016/j.carbon.2020.08.009

2. Ostroumova G. M., Orekhov N. D., Stegailov V. V. Reactive molecular-dynamics study of onion-like carbon nanoparticle formation. // Diam. Relat. Mater. 2019. Vol. 94. P. 14-20. DOI 10.1016/j.diamond.2019.01.019

3. Galiullina G. M., Orekhov N. D., Stegailov V. V. Nanostructures nucleation in carbon-metal gaseous phase: A molecular dynamics study. //J. Phys.: Conf. Ser. 2018. Vol. 946. no 1. P. 012110. DOI 10.1088/1742-6596/946/1/012110

4. Galiullina G. M., Orekhov N. D., Stegailov V. V. Nucleation of carbon nanostructures: Molecular dynamics with reactive potentials. //J. Phys.: Conf. Ser. 2016. Vol. 774. no. 1. P. 012033. DOI 10.1088/1742-6596/774/1/012033

Статьи, индексируемые базой данных РИНЦ:

1. Ostroumova G. M., Orekhov N. D., Stegailov V. V.// Reactive Molecular-Dynamics Study of Onion-like Carbon Formation, Magnetic resonance: current state and future perspectives (EPR-75), Kazan Federal University. - 2019. - С. 120.

2. Остроумова Г. М. Моделирование нуклеации углеродных наноструктур из газовой фазы на основе реакционных потенциалов// XXXV Всероссийский симпозиум молодых ученых по химической кинетике. - 2018. - С. 58.

Список докладов на конференциях:

1. Остроумова Г. М., Орехов Н. Д., Стегайлов В. В. Моделирование процесса нуклеации углеродных наноструктур с использованием реакционных методов молекулярной динамики// VI Международная конференция ЛаПлаз, МИФИ, 2020 - устный

2. Остроумова Г. М., Орехов Н. Д., Стегайлов В. В. Молекулярно-динами-ческое исследование нуклеации углеродных наноструктур из газовой фазы// VII-ая Всероссийская конференция по наноматериалам - НАНО 2020, ТИС-НУМ, 2020 - дистанционный

3. Ostroumova G. M., Orekhov N. D., Stegailov V. V. Fullerene-like carbon nanoparticle formation: molecular-dynamics study based on reactive potential ReaxFF// Inaugural Symposium for Computational Materials Program of Excellence, Сколко-во, 2019 - стендовый

4. Ostroumova G. M., Orekhov N. D., Stegailov V. V. Reactive molecular-dynamics study of onion-like carbon nanoparticle formation// Magnetic resonance: current state and future perspectives (EPR-75), КФУ (Казань), 2019 - устный (на английском языке)

5. Остроумова Г. М., Орехов Н. Д., Стегайлов В. В. High temperature nucleation of carbon vapor at different densities// XXXIII International Conference

on Equations of State for Matter, Elbrus, 2018 - стендовый

6. Ostroumova G. M., Orekhov N. D., Stegailov V. V. Nanostructure nucleation from carbon gas: molecular dynamic study with reactive potentials ReaxFF and AIREBO// 29th International Conference on Diamond and Carbon Materials, 2018 - стендовый

7. Остроумова Г. М. Моделирование нуклеации углеродных наноструктур из газовой фазы на основе реакционных потенциалов// XXXV Всероссийский симпозиум молодых ученых по химической кинетике, МГУ, 2018 - устный (Диплом II степени)

8. Остроумова Г. М., Орехов Н. Д., Стегайлов В. В. Сравнение реакционных потенциалов ReaxFF и AIREBO на примере нуклеации углеродных наноструктур из газовой фазы// 61-я Всероссийская научная конференция, МФТИ, 2018 - устный

9. Остроумова Г. М., Орехов Н. Д., Стегайлов В. В. Влияние металлических катализаторов на нуклеацию углеродных наноструктур из газовой фазы// 60-я Научная конференция МФТИ, 2017 - устный

10. Galiullina G. M., Stegailov V. V. Nucleation of carbon nanostructures: Molecular dynamics with reactive potentials// XXXI International Conference on Equations of State for Matter, Elbrus, 2016 - стендовый

11. Галиуллина Г. М., Орехов Н. Д., Стегайлов В. В. Сравнение реакционных потенциалов на примере углеродной нуклеации в газе // 59-я Всероссийская научная конференция МФТИ с международным участием , 2016 - устный

12. Галиуллина Г. М., Орехов Н. Д., Стегайлов В. В. Моделирование образования простых упорядоченных структур из углеродного пара// Атомистическое моделирование, теория и эксперимент, 2015 - устный

13. Галиуллина Г. М., Стегайлов В. В. Моделирование термического распада RDX методами молекулярной динамики с использованием потенциала ReaxFF// 58-я Всероссийская научная конференция МФТИ с международным участием, 2014 - устный

Личный вклад автора. Основные положения, выносимые на защиту, отражают вклад автора в опубликованные работы. Автор принимал участие в получении исходных данных, обработке, анализе, обсуждении и апробации результатов, изложенных в настоящей работе. Подготовка полученных результатов к публикации в печать проводилась совместно с соавторами. Общая постановка задачи осуществлялась научным руководителем.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 3 глав, заключения, списка сокращений и библиографии. Общий объем диссертации 117 страниц, из них 90 страниц текста, включая 33 рисунка. Библиография включает 255 наименований на 27 страницах.

Глава 1

Обзор литературы

В 1985 году группа ученых [29] в результате исследования масс-спектров паров графита продемонстрировала существование новой аллотропной формы кристаллического углерода Сб0. Ее назвали бакминстерфуллереном, или просто фуллереном, в честь американского архитектора Бакминстера Фуллера, сконструировавшего здание в виде каркасной сферы. И несмотря на то, что молекулы фуллерена известны уже более 30 лет, фактический механизм образования до сих по представляет собой одну из самых сложных и увлекательных тем в современной физике и химии. Экспериментальные условия образования фул-леренов методом испарения [30] графита или сжигания углеводородов [31, 32] являются экстремальными и можно идентифицировать только продукты реакции, при этом промежуточные частицы с потенциально полезной информацией для отслеживания механизма образования пока обнаружить невозможно. Спектроскопические методы не в состоянии нарисовать более ясную картину о важных молекулярных структурах, участвующих в образовании фуллеренов. Тем не менее, значительное обилие замкнутых углеродных клеточных структур в углеродсодержащих продуктах как в процессах горения, так и в процессах испарения указывает на то, что должны существовать общие черты у роста фуллеренов из небольших углеродных фрагментов.

1.1. Механизмы образования фуллеренов

В литературе существует множество возможных механизмов образования фуллеренов, т.к. нереалистично предполагать, что в условиях высокотемпературного неравновесия, при котором образуются молекулы фуллерена, процесс роста идет только по одному упорядоченному пути реакции с четко определенными промежуточными стадиями.

528 The Journal of Physical Chemistry, Vol. 90, No. 4, 1986

Рис. 1.1. Возможный механизм образования фуллерена из графеновых листов.

Через год после открытия фуллерена был предложен гипотетический механизм образования сферических частиц. Полагали, что они образуются путем свертывания графеновых листочков (рисунок 1.1). В 2014 году такой механизм подтвердили квантово-механические расчеты небольших систем [33] (рисунок 1.2).

И в 2018 году вышла работа в Science [34], где был показан один из механизмов образования сферической наночастицы (рис. 1.3). Сначала она проходит через стадию молодой сажи, потом образуется зарождающаяся сажа, которая объединяется в некую частицу и постепенно свертывается в сферическую структуру.

Помимо этого в литературе было предложено несколько механизмов роста фуллеренов для объяснения того, как высокоструктурированные молекулы фуллерена могут возникать из хаотической смеси атомов углерода и малых молекул. Среди наиболее известных из них - "путь из пентагона" [35], "путь из фуллерена" [36], "склейка колец" [37] и механизм "спирального слияния колец" [38, 39]. Однако эти механизмы являются лишь догадками и опираются на различные предположения, все они разделяют основополагающий принцип упорядоченного роста, согласно которому молекулы фуллерена систематически строятся либо из четко определенных молекул-предшественников углеро-

Рис. 1.2. Образование небольшой сферической частицы из графеновых листов [33].

да ("путь из Пентагона", "путь из фуллерена", "склейка колец'), либо создаются спонтанно в результате распада высокоорганизованной углеродной структуры ("спиральное слияние колец"). Подобные концепции основаны на химии, которая подчиняется законам классической термодинамики, подчеркивая важность "равновесных структур", таких как кристаллы.

Еще один механизм образования фуллерена, который наблюдается в данной исследовательской работе, называется "пар - аморфная частица - кристалл": сначала газовая фаза проходит через стадию аморфной капли и затем

Рис. 1.3. Образование гигантского фуллерена из графеновых листов [34].

трансформируется в кристаллическую частицу. Левый рисунок - работа японских экспериментаторов [40], в которой были получены высокографитизирован-ные сферические наночастицы (рисунок 1.4). В работе [41] получили аморфные сферический частицы на поверхности образца после лазерного нагрева в области рекристаллизованного жидкого углерода.

Рис. 1.4. Механизм образования сферической частицы по типу газ-жидкость-твердое тело.

1.2. Эксперименты по нуклеации фуллереноподобных частиц

Существует множество различных методов синтеза углеродного нано - "лука" (УНЛ): метод Кузнецова по термическому отжигу ультрадисперсных нано-алмазов [42, 43, 44, 45], электронное облучение [46], имплантация ионов углерода в металлы [47], химическое осаждение из газовой фазы [48], радиочастотное плазменное химическое осаждение из газовой фазы [49], дуговой разряд [50], дуговой разряд между двумя электродами, погруженными в воду [51, 52] и ударно-волновая нагрузка графита [53, 54].

Производство УНЛ в большом количестве (несколько граммов) с помощью метода Кузнецова основан на отжиге частиц наноалмаза (НА) (средний диаметр 5 нм) при высоких температурах в инертной атмосфере под высоким вакуумом. Диаметр сформированного УНЛ аналогичен диаметру используемых

functional groups

Рис. 1.5. Превращение НА в УНЛ методом отжига в зависимости от температуры отжига [55].

НА. Преобразование НА в УНЛ является многоступенчатым процессом и схематично представлено на рисунке 1.5 [55]. Термический отжиг НА при температурах от 700 до 800 °С приводит к удалению кислородсодержащих групп и появлению газов СО и С02 [56]. При температурах от 1100 до 1300 °С наружные слои графена графитизируются с небольшой плотностью дефектов [55]. Дальнейший отжиг НА до 1800 °С приводит к образованию мелких частиц с 6-8 графитовыми оболочками и диаметром 5-6 нм, и эти частицы часто называют "малыми" УНЛ. Межслойное расстояние близко к 0,35 нм, что характерно для объемного графита [42]. Термический отжиг НА до 1900 °С приводит к образованию многогранных наноструктур [57]. В настоящее время метод получения УНЛ из отжига НА является одним из наиболее экономичных методов синтеза сферических УНЛ и имеет потенциал для промышленного применения, так как выход луковичных структур близок к 100 %. Синтез УНЛ с несколькими слоями

необходим для повышения способности модифицировать их с помощью химических реакций, так как этот тип УНЛ имеет большую кривизну поверхности и энергию деформации, что приводит к более высокой химической реактивности [58, 59].

В случае синтеза УНЛ из НА-структур изменяются массовая доля вр2, форма, плотность, проводимость, удельные площади поверхности и средние размеры пор. Повышение температуры отжига приводит к увеличению степени упорядоченности углерода вр2 с ^0,39 (температура около 1100 °С) до (температура около 1900 °С) [60]. Отжиг НА при температурах от 1300 до 1800 °С приводит к образованию сферических УНЛ, тогда как дальнейший нагрев НА свыше 1900 °С приводит к образованию многогранных наночастиц [61]. Повышение температуры отжига приводит к снижению плотности с 3,07 ± 0,02 до 2,03 ± 0,02 г/см3 [62]. Это вызвано трансформацией алмазного ядра в графитовые слои. Повышение температуры отжига НА (>1700 °С) приводит к увеличению степени упорядоченности углерода [63, 64, 55]. Удельная поверхность, полученная методом газовой сорбции (N2), колеблется от 400 до 600 м2/г для НА-про-изводных УНЛ, полученных при температурах от 1300 до 1800 °С [65, 66].

Другой способ получения УНЛ был предложен Н. Сано и основан на дуговом разряде между двумя графитовыми электродами, погруженными в воду [51, 52]. Этот метод привел к созданию полых стержневых, более крупных луковичных наноструктур с 20-30 графеновыми слоями с диаметром частиц от 15 до 25 нм [67]. Следующим популярным методом является ионная имплантация ионов углерода в медь [68, 69, 70] или серебряные субстраты [71, 72, 73]. В зависимости от параметров имплантации (температура, концентрация субстрата, имплантированная доза и размер зерен субстрата) создаваемые УНЛ могут иметь различное распределение размеров, однородность и микроструктуру (дефекты, сферическую форму и др.). Более высокие температуры приводят к образованию более идеальной структуры углеродных наночастиц [74]. Углеродные наноструктуры, полученные из низкой имплантированной дозы, имеют

более дефектные структуры с малыми размерами (2-5 нм) [75, 76].

Химическое осаждение из газа также можно рассматривать как жизнеспособный метод получения УНЛ [49, 77]. Этот процесс осуществлялся в присутствии металлического катализатора при высокой температуре и высоком давлении. Из этого метода в больших количествах были получены первичные (недопированные) сферические наночастицы диаметром от 5 до 50 нм. Эффективным и недорогим методом является пиролиз пропана (диаметр от 10 до 25 нм) [78] или пластмассовых отходов (полиэтилена, стирола или этиленте-рефталата) (диаметр от 50 до 70 нм) [79]. Продукт требует дополнительной очистки из-за различных побочных продуктов. Существует множество других методов получения УНЛ, включая бескаталитический термолиз с использованием азида натрия (^N3) и гексахлорбензола (С6С1б) [80], лазерную абляцию [81], твердотельную карбонизацию фенольной смолы [82], обработку галогенными газами [83], высокоэнергетическое шаровое измельчение [84] и сильное ударное сжатие [85].

Луковичные структуры также могут появляться как сопутствующие продукты повреждения УНТ из-за высокого давления при искровом плазменном спекании [86, 87], как показано на рисунке 1.6.

Более подробную информацию также можно найти в недавних обзорах [88, 89], где обсуждались различные механизмы производства УНЛ и их возможное применение.

1.3. Теоретическое описание нуклеации фуллереноподобных частиц

Применение таких углеродных наноструктур, как графены, фуллерены, нанотрубки в энергетических технологиях, электронике, авиации и других промышленных областях расширяется за счет уникальных свойств этих материалов (высокая прочность, сопротивление, тепло-и электропроводность и т.д.) [1,

ГОN

ни

Огмоп-Пке сагЬоп 51гис1:иге

\

Рис. 1.6. Возможные механизмы трансформации поверхностного слоя УНТ в: а) объединенную структуру двух УНТ через появление общих графеновых листов или б) одну УНТ с образованием луковичной углеродной структуры как побочного продукта.

2, 3]. Оптимизация технологий получения углеродных наноструктур требует детального теоретического осмысления процессов нуклеации, которые могли бы объяснить механизмы формирования и роста наноструктур. Например, различные сценарии зарождения молодой сажи приводят к различным соединениям углерода [4, 5, 6, 7].

В различных работах по изучению нуклеации используются методы молекулярной динамики, т.к. образование критического зародыша — это процесс, который требует атомистического уровня описания, а методы МД хорошо себя зарекомендовали в такого рода задачах. Теоретическое изучение гомогенной нуклеации в паре с использованием методов МД началось с работы [90]. Статья [91] отражает результаты исследований процесса гомогенной нуклеации в перегретом кристалле. Подход к изучению кавитации в жидких металлах в условиях отрицательного давления был представлен в статье [92]. Работа [93] посвящена разработке модели разрушения жидкости. В исследовании [94] было

проведено компьютерное моделирование образования кристаллов в переохлажденном расплаве, проводился анализ статистики макроскопически идентичных МД - траекторий. В соверменных работах используют многомасштабные подходы для моделирования миллионов атомов с большим временем моделирования (десятки и сотни миллионов шагов) [95] и исследуют конденсацию перенасыщенного водяного пара в присутствии и отсутствии ионов [96]. МД модели особенно ценны при изучении релаксационных процессов [97]. Хотя образование углеродных наноструктур можно рассматривать в рамках термодинамики [98, 99], во многих аспектах детальная информация о кинетике необходима и может быть получена только из моделирования атомистического уровня. При этом МД-моделирование на атомистическом уровне может описывать как теп-лофизические свойства [100], так и детальную информацию о транспортных свойствах [101].

Как было указано выше, довольно часто углеродные наноструктуры получают путем химического осаждения из пара (Chemical vapor deposition -CVD), поэтому в модельных задачах пытаются воспроизвести экспериментальные условия. Работа [102] посвящена изучению влияния температуры на образование углеродных частиц в бензол—этаноловой смеси при пиролизе ударной волной [103], температура варьируется от 1650 до 2600 К.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Остроумова Гульназ Маратовна, 2020 год

Список литературы

1. Dresselhaus M. S., Dresselhaus G., Eklund P. C. Science of fullerenes and carbon nanotubes: their properties and applications. Elsevier, 1996.

2. Kadish K. M., Ruoff R. S. Fullerenes: chemistry, physics, and technology. John Wiley & Sons, 2000.

3. Geim A. K., Novoselov K. S. The rise of graphene // Nature Materials. 2007. Vol. 6. P. 183-191.

4. Zhang Q.-L., O'brien S., Heath J., Liu Y., Curl R., Kroto H., Smalley R. Reactivity of large carbon clusters: spheroidal carbon shells and their possible relevance to the formation and morphology of soot // The Journal of Physical Chemistry. 1986. Vol. 90, no. 4. P. 525-528.

5. Homann K.-H. Fullerenes and soot formation - new pathways to large particles in flames // Angewandte Chemie International Edition. 1998. Vol. 37, no. 18. P. 2434-2451.

6. Frenklach M. Reaction mechanism of soot formation in flames // Physical chemistry chemical Physics. 2002. Vol. 4, no. 11. P. 2028-2037.

7. Wang H. Formation of nascent soot and other condensed-phase materials in flames // Proceedings of the Combustion Institute. 2011. Vol. 33, no. 1. P. 41 - 67.

8. Stuart S. J., Tutein A. B., Harrison J. A. A reactive potential for hydrocarbons with intermolecular interactions // The Journal of Chemical Physics. 2000. Vol. 112, no. 14. P. 6472-6486.

9. Van Duin A. C. T., Dasgupta S., Lorant F., Goddard W. A. I. ReaxFF: a reactive force field for hydrocarbons // The Journal of Physical Chemistry A. 2001. Vol. 105, no. 41. P. 9396-9409.

10. Tersoff J. Empirical interatomic potential for carbon, with applications to amorphous carbon // Physical Review Letters. 1988. Vol. 61, no. 25. P. 2879.

11. Brenner D. W. Empirical potential for hydrocarbons for use in simulating

the chemical vapor deposition of diamond films // Physical Review B. 1990. Vol. 42, no. 15. P. 9458.

12. Qian H.-J., van Duin A. C., Morokuma K., Irle S. Reactive molecular dynamics simulation of fullerene combustion synthesis: ReaxFF vs DFTB potentials // Journal of chemical theory and computation. 2011. Vol. 7, no. 7. P. 2040-2048.

13. Shariat M., Hosseini S., Shokri B., Neyts E. Plasma enhanced growth of single walled carbon nanotubes at low temperature: A reactive molecular dynamics simulation // Carbon. 2013. Vol. 65. P. 269-276.

14. Uberuaga B. P., Stuart S. J., Windl W., Masquelier M. P., Voter A. F. Fullerene and graphene formation from carbon nanotube fragments // Computational and Theoretical Chemistry. 2012. Vol. 987. P. 115-121.

15. Liimmen N. Aggregation of carbon in an atmosphere of molecular hydrogen investigated by ReaxFF-molecular dynamics simulations // Computational Materials Science. 2010. Vol. 49, no. 2. P. 243-252.

16. Mao Q., van Duin A. C., Luo K. Formation of incipient soot particles from polycyclic aromatic hydrocarbons: A ReaxFF molecular dynamics study // Carbon. 2017. Vol. 121. P. 380-388.

17. Han S., Li X., Nie F., Zheng M., Liu X., Guo L. Revealing the Initial Chemistry of Soot Nanoparticle Formation by ReaxFF Molecular Dynamics Simulations // Energy & Fuels. 2017. Vol. 31, no. 8. P. 8434-8444.

18. Kum O., Ree F. H., Stuart S. J., Wu C. J. Molecular dynamics investigation on liquid-liquid phase change in carbon with empirical bond-order potentials // The Journal of chemical physics. 2003. Vol. 119, no. 12. P. 6053-6056.

19. Dozhdikov V., Basharin A. Y., Levashov P., Minakov D. Atomistic simulations of the equation of state and hybridization of liquid carbon at a temperature of 6000 K in the pressure range of 1-25 GPa // The Journal of chemical physics. 2017. Vol. 147, no. 21. P. 214302.

20. Jensen B. D., Wise K. E., Odegard G. M. Simulation of the elastic and ultimate tensile properties of diamond, graphene, carbon nanotubes, and amorphous

carbon using a revised ReaxFF parametrization // The Journal of Physical Chemistry A. 2015. Vol. 119, no. 37. P. 9710-9721.

21. Ghiringhelli L. M., Valeriani C., Los J., Meijer E. J., Fasolino A., Frenkel D. State-of-the-art models for the phase diagram of carbon and diamond nucle-ation // Molecular Physics. 2008. Vol. 106, no. 16-18. P. 2011-2038.

22. Galiullina G., Orekhov N., Stegailov V. Nucleation of carbon nanostructures: Molecular dynamics with reactive potentials // Journal of Physics: Conference Series. 2016. Vol. 774, no. 1. P. 012033.

23. de Tomas C., Suarez-Martinez I., Marks N. A. Graphitization of amorphous carbons: A comparative study of interatomic potentials // Carbon. 2016. Vol. 109. P. 681-693.

24. de Tomas C., Aghajamali A., Jones J. L., Lim D. J., Lopez M. J., Suarez-Martinez I., Marks N. A. Transferability in interatomic potentials for carbon // Carbon. 2019. Vol. 155. P. 624-634.

25. Sergeev O. V., Yanilkin A. V. Hydrogen transfer in energetic materials from ReaxFF and DFT calculations // The Journal of Physical Chemistry A. 2017. Vol. 121, no. 16. P. 3019-3027.

26. Plimpton P., S.and Crozier, Thompson A. LAMMPS-large-scale atomic/molecular massively parallel simulator // Sandia National Laboratories. 2007. Vol. 18.

27. Ufimtsev I. S., Martinez T. J. Quantum chemistry on graphical processing units. 3. Analytical energy gradients, geometry optimization, and first principles molecular dynamics // Journal of Chemical Theory and Computation. 2009. Vol. 5, no. 10. P. 2619-2628.

28. Kresse G., Furthmiiller J. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set // Physical review B. 1996. Vol. 54, no. 16. P. 11169.

29. Kroto H. W., Heath J. R., O'Brien S. C., Curl R. F., Smalley R. E. C60: Buckminsterfullerene // nature. 1985. Vol. 318, no. 6042. P. 162-163.

30. Kratschmer W., Lamb L. D., Fostiropoulos K., Huffman D. R. Solid C 60: a new form of carbon // Nature. 1990. Vol. 347, no. 6291. P. 354-358.

31. Gerhardt P., Loffler S., Homann K. Polyhedral carbon ions in hydrocarbon flames // Chemical physics letters. 1987. Vol. 137, no. 4. P. 306-310.

32. Howard J. B., McKinnon J. T., Makarovsky Y., Lafleur A. L., Johnson M. E. Fullerenes C 60 and C 70 in flames // Nature. 1991. Vol. 352, no. 6331. P. 139-141.

33. Pietrucci F., Andreoni W. Fate of a graphene flake: A new route toward fullerenes disclosed with ab initio simulations // Journal of chemical theory and computation. 2014. Vol. 10, no. 3. P. 913-917.

34. Johansson K., Head-Gordon M., Schrader P., Wilson K., Michelsen H. Resonance-stabilized hydrocarbon-radical chain reactions may explain soot inception and growth // Science. 2018. Vol. 361, no. 6406. P. 997-1000.

35. Haufler R., Chai Y., Chibante L., Conceicao J., Jin C., Wang L.-S., Maruya-ma S., Smalley R. Carbon arc generation of C 60 // MRS Online Proceedings Library Archive. 1990. Vol. 206.

36. Heath J. R. Synthesis of C60 from small carbon clusters: a model based on experiment and theory. ACS Publications, 1991.

37. Wakabayashi T., Shiromaru H., Kikuchi K., Achiba Y. A selective isomer growth of fullerenes // Chemical physics letters. 1993. Vol. 201, no. 5-6. P. 470-474.

38. Von Helden G., Gotts N. G., Bowers M. T. Experimental evidence for the formation of fullerenes by collisional heating of carbon rings in the gas phase // Nature. 1993. Vol. 363, no. 6424. P. 60-63.

39. Hunter J., Fye J., Jarrold M. F. Annealing C60+: synthesis of fullerenes and large carbon rings // Science. 1993. Vol. 260, no. 5109. P. 784-786.

40. Niwase K., Homae T., Nakamura K., Kondo K. Generation of giant carbon hollow spheres from C60 fullerene by shock-compression // Chemical Physics Letters. 2002. Vol. 362, no. 1. P. 47 - 50.

41. Бгашева Т. В., Вервикишко П. С., Фролов А. М., Шейндлин М. А. Кристаллизация углерода из пара при давлениях до 0, 6 ГПа // КОНФЕРЕНЦИЯ КОНКУРС МОЛОДЫХ ФИЗИКОВ. Vol. 22. 2016. P. 88.

42. Kuznetsov V. L., Chuvilin A. L., Butenko Y. V., Mal'kov I. Y., Titov V. M. Onion-like carbon from ultra-disperse diamond // Chemical Physics Letters. 1994. Vol. 222, no. 4. P. 343-348.

43. Hawelek L., Brodka A., Tomita S., Dore J., Honkimaki V., Burian A. Transformation of nano-diamonds to carbon nano-onions studied by X-ray diffraction and molecular dynamics // Diamond and related materials. 2011. Vol. 20, no. 10. P. 1333-1339.

44. Zeiger M., Jackel N., Aslan M., Weingarth D., Presser V. Understanding structure and porosity of nanodiamond-derived carbon onions // Carbon. 2015. Vol. 84. P. 584-598.

45. Popov M. Y., Churkin V. D., Kulnitskiy B. A., Kirichenko A. N., Bula-tov K. M., Bykov A. A., Zinin P. V., Blank V. Transformation of diamond to fullerene-type onions at pressure 70 GPa and temperature 2400 K // Nan-otechnology. 2020. Vol. 31, no. 31. P. 315602.

46. Xu B., Tanaka S.-I. Formation of giant onion-like fullerenes under Al nanopar-ticles by electron irradiation // Acta Materialia. 1998. Vol. 46, no. 15. P. 5249-5257.

47. Cabioc'h T., Jaouen M., Thune E., Guerin P., Fayoux C., Denanot M. Carbon onions formation by high-dose carbon ion implantation into copper and silver // Surface and Coatings Technology. 2000. Vol. 128. P. 43-50.

48. Kang J., Li J., Du X., Shi C., Zhao N., Nash P. Synthesis of carbon nanotubes and carbon onions by CVD using a Ni/Y catalyst supported on copper // Materials Science and Engineering: A. 2008. Vol. 475, no. 1-2. P. 136-140.

49. Chen X., Deng F., Wang J., Yang H., Wu G., Zhang X., Peng J., Li W. New method of carbon onion growth by radio-frequency plasma-enhanced chemi-

cal vapor deposition // Chemical physics letters. 2001. Vol. 336, no. 3-4. P. 201-204.

50. Wang X., Xu B., Liu X., Jia H., Hideki I. The Raman spectrum of nano-struc-tured onion-like fullerenes // Physica B: Condensed Matter. 2005. Vol. 357, no. 3-4. P. 277-281.

51. Sano N., Wang H., Chhowalla M., Alexandrou I., Amaratunga G. Synthesis of carbon 'onions' in water // Nature. 2001. Vol. 414, no. 6863. P. 506-507.

52. Sano N., Wang H., Alexandrou I., Chhowalla M., Teo K., Amaratunga G., Iimura K. Properties of carbon onions produced by an arc discharge in water // Journal of Applied Physics. 2002. Vol. 92, no. 5. P. 2783-2788.

53. Blank V., Denisov V., Kirichenko A., Kulnitskiy B., Martushov S. Y., Mavrin B., Perezhogin I. High pressure transformation of single-crystal graphite to form molecular carbon-onions // Nanotechnology. 2007. Vol. 18, no. 34. P. 345601.

54. Blank V. D., Churkin V. D., Kulnitskiy B. A., Perezhogin I. A., Kirichenko A. N., Erohin S. V., Sorokin P. B., Popov M. Y. Pressure-induced transformation of graphite and diamond to onions // Crystals. 2018. Vol. 8, no. 2. P. 68.

55. Zeiger M., Jackel N., Mochalin V. N., Presser V. Reaview: carbon onions for electrochemical energy storage // Journal of Materials Chemistry A. 2016. Vol. 4, no. 9. P. 3172-3196.

56. Kuznetsov V., Butenko Y. V. Synthesis and properties of nanostructured carbon materials: nanodiamond, onion-like carbon and carbon nanotubes // Nanostructured Materials and Coatings for Biomedical and Sensor Applications. Springer, 2003. P. 187-202.

57. Tomita S., Sakurai T., Ohta H., Fujii M., Hayashi S. Structure and electronic properties of carbon onions // The Journal of Chemical Physics. 2001. Vol. 114, no. 17. P. 7477-7482.

58. Rettenbacher A. S., Elliott B., Hudson J. S., Amirkhanian A., Echegoyen L.

Preparation and functionalization of multilayer fullerenes (carbon nano-o-nions) // Chemistry-A European Journal. 2006. Vol. 12, no. 2. P. 376-387.

59. Wajs E., Molina-Ontoria A., Nielsen T. T., Echegoyen L., Fragoso A. Supramolecular solubilization of cyclodextrin-modified carbon nano-onions by host-guest interactions // Langmuir. 2015. Vol. 31, no. 1. P. 535-541.

60. Kuznetsov V., Moseenkov S., Elumeeva K., Larina T., Anufrienko V., Roma-nenko A., Anikeeva O., Tkachev E. Comparative study of reflectance properties of nanodiamonds, onion-like carbon and multiwalled carbon nanotubes // physica status solidi (b). 2011. Vol. 248, no. 11. P. 2572-2576.

61. Bushueva E., Galkin P., Okotrub A., Bulusheva L., Gavrilov N., Kuznetsov V., Moiseekov S. Double layer supercapacitor properties of onion-like carbon materials // physica status solidi (b). 2008. Vol. 245, no. 10. P. 2296-2299.

62. Butenko Y. V., Kuznetsov V., Chuvilin A., Kolomiichuk V., Stankus S., Khair-ulin R., Segall B. Kinetics of the graphitization of dispersed diamonds at "low" temperatures // Journal of Applied Physics. 2000. Vol. 88, no. 7. P. 4380-4388.

63. Kuznetsov V., Moseenkov S., Ischenko A., Romanenko A., Buryakov T., Anikeeva O., Maksimenko S. et al. Controllable electromagnetic response of onion-like carbon based materials // physica status solidi (b). 2008. Vol. 245, no. 10. P. 2051-2054.

64. Sattler K. D. Carbon Nanomaterials Sourcebook: Graphene, Fullerenes, Nan-otubes, and Nanodiamonds, Volume I. CRC Press, 2016. Vol. 1.

65. Huang J., Sumpter B. G., Meunier V., Yushin G., Portet C., Gogotsi Y. Curvature effects in carbon nanomaterials: Exohedral versus endohedral superca-pacitors // Journal of Materials Research. 2010. Vol. 25, no. 8. P. 1525.

66. McDonough J. K., Frolov A. I., Presser V., Niu J., Miller C. H., Ubieto T., Fedorov M. V., Gogotsi Y. Influence of the structure of carbon onions on their electrochemical performance in supercapacitor electrodes // Carbon. 2012. Vol. 50, no. 9. P. 3298-3309.

67. Palkar A., Melin F., Cardona C. M., Elliott B., Naskar A. K., Edie D. D.,

Kumbhar A., Echegoyen L. Reactivity differences between carbon nano onions (CNOs) prepared by different methods // Chemistry-An Asian Journal. 2007. Vol. 2, no. 5. P. 625-633.

68. Cabioc'h T., Jaouen M., Riviere J., Delafond J., Hug G. Characterization and growth of carbon phases synthesized by high temperature carbon ion implantation into copper // Diamond and Related Materials. 1997. Vol. 6, no. 2-4. P. 261-265.

69. Abe H. Nucleation of carbon onions and nanocapsules under ion implantation at high temperature // Diamond and related materials. 2001. Vol. 10, no. 3-7. P. 1201-1204.

70. Ahmad S. Formation of carbon nano-and micro-structures on C+ 1 irradiated copper surfaces // Journal of Physics: Conference Series / IOP Publishing. Vol. 439. 2013. P. 012007.

71. Cabioc'h T., Kharbach A., Le Roy A., Riviere J. Fourier transform infra-red characterization of carbon onions produced by carbon-ion implantation // Chemical physics letters. 1998. Vol. 285, no. 3-4. P. 216-220.

72. Cabioc'h T., Thune E., Riviere J., Camelio S., Girard J., Guerin P., Jaouen M. et al. Structure and properties of carbon onion layers deposited onto various substrates // Journal of applied physics. 2002. Vol. 91, no. 3. P. 1560-1567.

73. Babonneau D., Cabioc'h T., Naudon A., Girard J., Denanot M. Silver nanopar-ticles encapsulated in carbon cages obtained by co-sputtering of the metal and graphite // Surface science. 1998. Vol. 409, no. 2. P. 358-371.

74. Cabioc'h T., Jaouen M., Girard J. Thin film of spherical carbon onions onto silver // Carbon. 1998. Vol. 36, no. 5-6. P. 499-502.

75. Cabioc'h T., Thune E., Jaouen M. Mechanisms involved in the formation of onionlike carbon nanostructures synthesized by ion implantation at high temperature // Physical Review B. 2002. Vol. 65, no. 13. P. 132103.

76. Thune E., Cabioc'h T., Guerin P., Denanot M.-F., Jaouen M. Nucleation and growth of carbon onions synthesized by ion-implantation: a transmission elec-

tron microscopy study // Materials Letters. 2002. Vol. 54, no. 2-3. P. 222-228.

77. Du J., Zhao R., Zhu Z. A facile approach for synthesis and in situ modification of onion-like carbon with molybdenum carbide // physica status solidi (a). 2011. Vol. 208, no. 4. P. 878-881.

78. Garcia-Martin T., Rincon-Arevalo P., Campos-Martin G. Method to obtain carbon nano-onions by pyrolisys of propane // Open Physics. 2013. Vol. 11, no. 11. P. 1548-1558.

79. Sawant S. Y., Somani R. S., Panda A. B., Bajaj H. C. Formation and characterization of onions shaped carbon soot from plastic wastes // Materials Letters. 2013. Vol. 94. P. 132-135.

80. Bystrzejewski M., Rummeli M., Gemming T., Lange H., Huczko A. Catalyst-free synthesis of onion-like carbon nanoparticles // New Carbon Materials. 2010. Vol. 25, no. 1. P. 1-8.

81. Radhakrishnan G., Adams P., Bernstein L. Plasma characterization and room temperature growth of carbon nanotubes and nano-onions by excimer laser ablation // Applied surface science. 2007. Vol. 253, no. 19. P. 7651-7655.

82. Zhao M., Song H., Chen X., Lian W. Large-scale synthesis of onion-like carbon nanoparticles by carbonization of phenolic resin // Acta Materialia. 2007. Vol. 55, no. 18. P. 6144-6150.

83. Welz S., McNallan M. J., Gogotsi Y. Carbon structures in silicon carbide derived carbon // Journal of Materials Processing Technology. 2006. Vol. 179, no. 1-3. P. 11-22.

84. Huang J., Yasuda H., Mori H. Highly curved carbon nanostructures produced by ball-milling // Chemical Physics Letters. 1999. Vol. 303, no. 1-2. P. 130-134.

85. Kobayashi T., Sekine T., He H. Formation of carbon onion from heavily shocked SiC // Chemistry of materials. 2003. Vol. 15, no. 14. P. 2681-2683.

86. Suslova E., Savilov S., Egorov A., Shumyantsev A., Lunin V. Carbon nanotube frameworks by spark plasma sintering // Microporous and Mesoporous Materials. 2020. Vol. 293. P. 109807.

87. Suslova E., Chernyak S., Maksimov S., Savilov S. Thermophysical features of carbon nanotubes frameworks formation by spark plasma sintering // Carbon. 2020.

88. Mykhailiv O., Zubyk H., Plonska-Brzezinska M. E. Carbon nano-onions: Unique carbon nanostructures with fascinating properties and their potential applications // Inorganica Chimica Acta. 2017. Vol. 468. P. 49-66.

89. Plonska-Brzezinska M. E. Carbon Nano-Onions: A Review of Recent Progress in Synthesis and Applications // ChemNanoMat. 2019. Vol. 5, no. 5. P. 568-580.

90. Yasuoka K., Matsumoto M. Molecular dynamics of homogeneous nucleation in the vapor phase. I. Lennard-Jones fluid // The Journal of Chemical Physics. 1998. Vol. 109, no. 19. P. 8451-8462.

91. Norman G. E., Stegailov V. V. Homogeneous nucleation in a superheated crystal. Molecular-dynamic simulation // Doklady Physics / Springer. Vol. 47. 2002. P. 667-671.

92. Bazhirov T., Norman G., Stegailov V. Cavitation in liquid metals under negative pressures. Molecular dynamics modeling and simulation // Journal of Physics: Condensed Matter. 2008. Vol. 20, no. 11. P. 114113.

93. Kuksin A. Y., Norman G. E., Pisarev V. V., Stegailov V. V., Yanilkin A. V. Theory and molecular dynamics modeling of spall fracture in liquids // Physical Review B. 2010. Vol. 82, no. 17. P. 174101.

94. Norman G. E., Pisarev V. V. Molecular dynamics analysis of the crystallization of an overcooled aluminum melt // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2012. Vol. 86, no. 9. P. 1447-1452.

95. Diemand J., Angelil K. K., R.and Tanaka, Tanaka H. Direct simulations of homogeneous bubble nucleation: Agreement with classical nucleation theory and no local hot spots // Physical Review E. 2014. Vol. 90, no. 5. P. 052407.

96. Zhang C., Wang Y., Liu Y., Yang Y. A molecular dynamics study of water vapor nucleation in the presence of ions // Chemical Engineering Science. 2015.

Vol. 137. P. 308-319.

97. Kuksin A. Y., Morozov I., Norman G., Stegailov V., Valuev I. Standards for molecular dynamics modelling and simulation of relaxation // Molecular Simulation. 2005. Vol. 31, no. 14-15. P. 1005-1017.

98. Gubin S. A., Maklashova I. V., Zakatilova E. I. Enthalpy of formation of sin-gle-and multilayer graphene // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2015. Vol. 89, no. 8. P. 1434-1438.

99. Gubin S. A., Maklashova I. V., Zakatilova E. I. Evaluation of the enthalpy of formation of carbon nanotubes and their phase diagram // Nanotechnologies in Russia. 2015. Vol. 10, no. 9-10. P. 689-695.

100. Kozlova S., Gubin S., Maklashova I., Selezenev A. Molecular-dynamic simulations of the thermophysical properties of hexanitrohexaazaisowurtzitane single crystal at high pressures and temperatures // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2017. Vol. 91, no. 11. P. 2157-2160.

101. Kondratyuk N., Lenev D., Pisarev V. Transport coefficients of model lubricants up to 400 MPa from molecular dynamics // The Journal of Chemical Physics. 2020. Vol. 152, no. 19. P. 191104.

102. Eremin A., Gurentsov E., Mikheyeva E. Experimental study of temperature influence on carbon particle formation in shock wave pyrolysis of benzene and benzene-ethanol mixtures // Combustion and Flame. 2015. Vol. 162, no. 1. P. 207-215.

103. Emelianov A., Eremin A., Gurentsov E., Makeich A., Jander H., Wagner H. G., Roth P., Starke R. Time and temperature dependence of carbon particle growth in various shock wave pyrolysis processes // Proceedings of the Combustion Institute. 2005. Vol. 30, no. 1. P. 1433-1440.

104. Brykin M. V., Sheindlin M. A. On Particularities of the Vapor Pressure Measurements of Refractory Substances at Very High Temperatures // High Temperature. 2018.— Sep. Vol. 56, no. 5. P. 783-788.

105. Irle S., Zheng G., Elstner M., Morokuma K. From C2 molecules to self-assem-

bled fullerenes in quantum chemical molecular dynamics // Nano Letters. 2003. Vol. 3, no. 12. P. 1657-1664.

106. Irle S., Zheng G., Elstner M., Morokuma K. Formation of fullerene molecules from carbon nanotubes: a quantum chemical molecular dynamics study // Nano Letters. 2003. Vol. 3, no. 4. P. 465-470.

107. Zheng G., Irle S., Elstner M., Morokuma K. Quantum chemical molecular dynamics model study of fullerene formation from open-ended carbon nanotubes // The Journal of Physical Chemistry A. 2004. Vol. 108, no. 15. P. 3182-3194.

108. Irle S., Zheng G., Wang Z., Morokuma K. The C60 Formation Puzzle "Solved": QM/MD Simulations Reveal the Shrinking Hot Giant Road of the Dynamic Fullerene Self-Assembly Mechanism // The Journal of Physical Chemistry B. 2006. Vol. 110, no. 30. P. 14531-14545.

109. Irle S., Zheng G., Wang Z., Morokuma K. Theory-Experiment Relationship of the "Shrinking Hot Giant"Road of Dynamic Fullerene Self-Assembly in Hot Carbon Vapor // Nano. 2007. Vol. 2, no. 01. P. 21-30.

110. Saha B., Irle S., Morokuma K. Hot giant fullerenes eject and capture C2 molecules: QM/MD simulations with constant density // The Journal of Physical Chemistry C. 2011. Vol. 115, no. 46. P. 22707-22716.

111. Irle S., Page A. J., Saha B., Wang Y., Chandrakumar K. R. S., Nishimoto Y., Qian H.-J., Morokuma K. Atomistic mechanism of carbon nanostructure self-assembly as predicted by nonequilibrium QM/MD simulations // Practical Aspects of Computational Chemistry II. Springer, 2012. P. 103-172.

112. Stegailov V. V., Orekhov N. D., Smirnov G. S. Parallel Computing Technologies: 13th International Conference // Ed. by V. Malyshkin. Cham: Springer International Publishing, 2015. P. 469-473. ISBN: 978-3-319-21909-7.

113. Jensen B. D., Bandyopadhyay A., Wise K. E., Odegard G. M. Parametric study of ReaxFF simulation parameters for molecular dynamics modeling of reactive carbon gases // Journal of chemical theory and computation. 2012. Vol. 8,

no. 9. P. 3003-3008.

114. Baimova J., Rysaeva L. K., Rudskoy A. Deformation behavior of diamond-like phases: Molecular dynamics simulation // Diamond and Related Materials. 2018. Vol. 81. P. 154-160.

115. Aryanpour M., van Duin A. C., Kubicki J. D. Development of a Reactive Force Field for Iron- Oxyhydroxide Systems // The Journal of Physical Chemistry A. 2010. Vol. 114, no. 21. P. 6298-6307.

116. Galiullina G., Orekhov N., Stegailov V. Nanostructures nucleation in carbon-metal gaseous phase: A molecular dynamics study // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 946. P. 012110.

117. Amirov R. H., Isakaev E. K., Shavelkina M. B., Shatalova T. B. Synthesis of carbon nanotubes by high current divergent anode-channel plasma torch // Journal of Physics: Conference Series / IOP Publishing. Vol. 550. 2014. P. 012023.

118. Schwan J., Ulrich S., Roth H., Ehrhardt H., Silva S., Robertson J., Samlens-ki R., Brenn R. Tetrahedral amorphous carbon films prepared by magnetron sputtering and dc ion plating // Journal of applied physics. 1996. Vol. 79, no. 3. P. 1416-1422.

119. Allinger N. L., Yuh Y. H., Lii J. H. Molecular mechanics. The MM3 force field for hydrocarbons. 1 // Journal of the American Chemical Society. 1989. Vol. 111, no. 23. P. 8551-8566.

120. Allinger N. L., Li F., Yan L. Molecular mechanics. The MM3 force field for alkenes // Journal of Computational Chemistry. 1990. Vol. 11, no. 7. P. 848-867.

121. Mayo S. L., Olafson B. D., Goddard W. A. DREIDING: a generic force field for molecular simulations // Journal of Physical Chemistry. 1990. Vol. 94, no. 26. P. 8897-8909.

122. Rappe A. K., Casewit C. J., Colwell K., Goddard Iii W., Skiff W. UFF, a full periodic table force field for molecular mechanics and molecular dynamics simulations // Journal of the American chemical society. 1992. Vol. 114, no. 25.

P. 10024-10035.

123. Jorgensen W. L., Madura J. D., Swenson C. J. Optimized intermolecular potential functions for liquid hydrocarbons // Journal of the American Chemical Society. 1984. Vol. 106, no. 22. P. 6638-6646.

124. Allinger N. L., Chen K., Lii J.-H. An improved force field (MM4) for saturated hydrocarbons // Journal of computational chemistry. 1996. Vol. 17, no. 5-6. P. 642-668.

125. Jorgensen W. L., Maxwell D. S., Tirado-Rives J. Development and testing of the OPLS all-atom force field on conformational energetics and properties of organic liquids // Journal of the American Chemical Society. 1996. Vol. 118, no. 45. P. 11225-11236.

126. Cornell W. D., Cieplak P., Bayly C. I., Gould I. R., Merz K. M., Ferguson D. M., Spellmeyer D. C. et al. A second generation force field for the simulation of proteins, nucleic acids, and organic molecules // Journal of the American Chemical Society. 1995. Vol. 117, no. 19. P. 5179-5197.

127. Halgren T. A. Merck molecular force field. I. Basis, form, scope, parameterization, and performance of MMFF94 // Journal of computational chemistry. 1996. Vol. 17, no. 5-6. P. 490-519.

128. Nath S. K., Escobedo F. A., de Pablo J. J. On the simulation of vapor-liquid equilibria for alkanes // Journal of Chemical Physics. 1998. Vol. 108. P. 9905-9911.

129. Martin M. G., Siepmann J. I. Transferable potentials for phase equilibria. 1. United-atom description of n-alkanes // The Journal of Physical Chemistry B. 1998. Vol. 102, no. 14. P. 2569-2577.

130. Sun H. COMPASS: an ab initio force-field optimized for condensed-phase applications overview with details on alkane and benzene compounds // The Journal of Physical Chemistry B. 1998. Vol. 102, no. 38. P. 7338-7364.

131. Johnston H. S., Parr C. Activation energies from bond energies. I. Hydrogen transfer reactions // Journal of the American Chemical Society. 1963. Vol. 85,

no. 17. P. 2544-2551.

132. Pauling L. Atomic radii and interatomic distances in metals // Journal of the American Chemical Society. 1947. Vol. 69, no. 3. P. 542-553.

133. Sato S. Potential energy surface of the system of three atoms // The Journal of Chemical Physics. 1955. Vol. 23, no. 12. P. 2465-2466.

134. Espinosa-Garcia J. Capability of LEPS surfaces to describe the kinetics and dynamics of non-collinear reactions // The Journal of Physical Chemistry A. 2001. Vol. 105, no. 1. P. 134-139.

135. Blowers P., Masel R. I. Conservation of bond order during radical substitution reactions: Implications for the BEBO model // The Journal of Physical Chemistry A. 1998. Vol. 102, no. 48. P. 9957-9964.

136. Chandra A., Rao V. S. Further examination of the BEBO model with the results of ab initio calculations of a reaction series // Chemical physics. 1995. Vol. 200, no. 3. P. 387-393.

137. Tersoff J. New empirical approach for the structure and energy of covalent systems // Physical Review B. 1988. Vol. 37, no. 12. P. 6991.

138. Tersoff J. Modeling solid-state chemistry: Interatomic potentials for multicom-ponent systems // Physical Review B. 1989. Vol. 39, no. 8. P. 5566.

139. Brenner D. W. Tersoff-Type Potentials for Carbon, Hydrogen, and Oxygen // Mater. Res. Soc. Symp. Proc / Cambridge Univ Press. Vol. 141. 1989. P. 59-65.

140. Murty M. R., Atwater H. A. Empirical interatomic potential for Si-H interactions // Physical Review B. 1995. Vol. 51, no. 8. P. 4889.

141. Extension of the Brenner empirical interatomic potential to C Si H systems.

142. Brenner D. W., Harrison J. A., White C. T., Colton R. J. Molecular dynamics simulations of the nanometer-scale mechanical properties of compressed Buck-minsterfullerene // Thin Solid Films. 1991. Vol. 206, no. 1. P. 220-223.

143. Brenner D. W. Erratum: Empirical potential for hydrocarbons for use in simulating the chemical vapor deposition of diamond films // Physical Review B. 1992. Vol. 46, no. 3. P. 1948.

144. Harrison J., Stuart S. J., Robertson D., White C. Properties of capped nan-otubes when used as SPM tips // The Journal of Physical Chemistry B. 1997. Vol. 101, no. 47. P. 9682-9685.

145. Sinnott S., Colton R., White C., Shenderova O., Brenner D. W., Harrison J. et al. Atomistic simulations of the nanometer-scale indentation of amorphous-carbon thin films // Journal of Vacuum Science and Technology-Section A-Vacuum Surfaces and Films. 1997. Vol. 15, no. 3. P. 936-940.

146. Che J., Cagin T., Goddard III W. A. Studies of fullerenes and carbon nanotubes by an extended bond order potential // Nanotechnology. 1999. Vol. 10, no. 3. P. 263.

147. Harrison J. A., Brenner D. W. Simulated tribochemistry: An atomic-scale view of the wear of diamond // Journal of the American Chemical Society. 1994. Vol. 116, no. 23. P. 10399-10402.

148. Perry M. D., Harrison J. A. Friction between diamond surfaces in the presence of small third-body molecules // The Journal of Physical Chemistry B. 1997. Vol. 101, no. 8. P. 1364-1373.

149. Stillinger F. H., Weber T. A. Computer simulation of local order in condensed phases of silicon // Physical review B. 1985. Vol. 31, no. 8. P. 5262.

150. Marks N. Generalizing the environment-dependent interaction potential for carbon // Physical Review B. 2000. Vol. 63, no. 3. P. 035401.

151. Bartok A. P., Payne M. C., Kondor R., Csanyi G. Gaussian approximation potentials: The accuracy of quantum mechanics, without the electrons // Physical review letters. 2010. Vol. 104, no. 13. P. 136403.

152. Deringer V. L., Csanyi G. Machine learning based interatomic potential for amorphous carbon // Physical Review B. 2017. Vol. 95, no. 9. P. 094203.

153. Los J., Fasolino A. Intrinsic long-range bond-order potential for carbon: Performance in Monte Carlo simulations of graphitization // Physical Review B. 2003. Vol. 68, no. 2. P. 024107.

154. Los J. H., Ghiringhelli L. M., Meijer E. J., Fasolino A. Improved long-range

reactive bond-order potential for carbon. I. Construction // Physical Review B. 2005. Vol. 72, no. 21. P. 214102.

155. Ghiringhelli L. M., Los J. H., Fasolino A., Meijer E. J. Improved long-range reactive bond-order potential for carbon. II. Molecular simulation of liquid carbon // Physical Review B. 2005. Vol. 72, no. 21. P. 214103.

156. Wu C. J., Glosli J. N., Galli G., Ree F. H. Liquid-liquid phase transition in elemental carbon: A first-principles investigation // Physical review letters. 2002. Vol. 89, no. 13. P. 135701.

157. Brenner D. W., Shenderova O. A., Harrison J. A., Stuart S. J., Ni B., Sinnott S. B. A second-generation reactive empirical bond order (REBO) potential energy expression for hydrocarbons // Journal of Physics: Condensed Matter. 2002. Vol. 14, no. 4. P. 783.

158. Orekhov N., Stegailov V. Molecular dynamics simulation of graphite melting // High Temperature. 2014. Vol. 52, no. 2. P. 198-204.

159. Orekhov N., Stegailov V. Graphite melting: atomistic kinetics bridges theory and experiment // Carbon. 2015. Vol. 87. P. 358-364.

160. Orekhov N., Stegailov V. Molecular-dynamics based insights into the problem of graphite melting // Journal of Physics: Conference Series. 2015. Vol. 653, no. 1. P. 012090.

161. Hur J., Stuart S. J. Modified reactive empirical bond-order potential for heterogeneous bonding environments // The Journal of chemical physics. 2012. Vol. 137, no. 5. P. 054102.

162. O'Connor T. C., Andzelm J., Robbins M. O. AIREBO-M: A reactive model for hydrocarbons at extreme pressures // The Journal of chemical physics. 2015. Vol. 142, no. 2. P. 024903.

163. Fonseca A. F., Lee G., Borders T. L., Zhang H., Kemper T. W., Shan T.-R., Sinnott S. B., Cho K. Reparameterization of the REBO-CHO potential for graphene oxide molecular dynamics simulations // Physical Review B. 2011. Vol. 84, no. 7. P. 075460.

164. Zhao H., Min K., Aluru N. Size and chirality dependent elastic properties of graphene nanoribbons under uniaxial tension // Nano letters. 2009. Vol. 9, no. 8. P. 3012-3015.

165. Baimova J. A., Liu B., Dmitriev S. V., Srikanth N., Zhou K. Mechanical properties of bulk carbon nanostructures: effect of loading and temperature // Physical Chemistry Chemical Physics. 2014. Vol. 16, no. 36. P. 19505-19513.

166. Iakovlev E., Zhilyaev P., Akhatov I. Atomistic study of the solid state inside graphene nanobubbles // Scientific reports. 2017. Vol. 7, no. 1. P. 1-7.

167. van Duin A. C., Baas J. M., van de Graaf B. Delft molecular mechanics: a new approach to hydrocarbon force fields. Inclusion of a geometry-dependent charge calculation // Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions. 1994. Vol. 90, no. 19. P. 2881-2895.

168. Nielson K. D., van Duin A. C., Oxgaard J., Deng W.-Q., Goddard W. A. Development of the ReaxFF reactive force field for describing transition metal catalyzed reactions, with application to the initial stages of the catalytic formation of carbon nanotubes // The Journal of Physical Chemistry A. 2005. Vol. 109, no. 3. P. 493-499.

169. Chenoweth K., Van Duin A. C. T., Goddard W. A. I. ReaxFF reactive force field for molecular dynamics simulations of hydrocarbon oxidation // The Journal of Physical Chemistry A. 2008. Vol. 112, no. 5. P. 1040-1053.

170. Mueller J. E., van Duin A. C., Goddard III W. A. Development and validation of ReaxFF reactive force field for hydrocarbon chemistry catalyzed by nickel // The Journal of Physical Chemistry C. 2010. Vol. 114, no. 11. P. 4939-4949.

171. Srinivasan S. G., van Duin A. C. T., Ganesh P. Development of a ReaxFF potential for carbon condensed phases and its application to the thermal fragmentation of a large fullerene // The Journal of Physical Chemistry A. 2015. Vol. 119, no. 4. P. 571-580.

172. Ashraf C., van Duin A. C. Extension of the ReaxFF Combustion Force Field toward Syngas Combustion and Initial Oxidation Kinetics // The Journal of

Physical Chemistry A. 2017. Vol. 121, no. 5. P. 1051-1068.

173. Foiles S., Baskes M., Daw M. S. Embedded-atom-method functions for the fcc metals Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, and their alloys // Physical review B. 1986. Vol. 33, no. 12. P. 7983.

174. Ranganathan R., Rokkam S., Desai T., Keblinski P. Generation of amorphous carbon models using liquid quench method: A reactive molecular dynamics study // Carbon. 2017. Vol. 113. P. 87-99.

175. Winczewski S., Shaheen M. Y., Rybicki J. Interatomic potential suitable for the modeling of penta-graphene: Molecular statics/molecular dynamics studies // Carbon. 2018. Vol. 126. P. 165 - 175.

176. Su H., Nielsen R. J., van Duin A. C. T., Goddard III W. A. Simulations on the effects of confinement and Ni-catalysis on the formation of tubular fullerene structures from peapod precursors // Phys. Rev. B. 2007.— Apr. Vol. 75. P. 134107.

177. Li K., Zhang H., Li G., Zhang J., Bouhadja M., Liu Z., Skelton A. A., Barati M. ReaxFF Molecular Dynamics Simulation for the Graphitization of Amorphous Carbon: A Parametric Study // Journal of chemical theory and computation. 2018. Vol. 14, no. 5. P. 2322-2331.

178. Botari T., Paupitz R., da Silva Autreto P. A., Galvao D. S. Graphene healing mechanisms: A theoretical investigation // Carbon. 2016. Vol. 99. P. 302 -309.

179. Lummen N. ReaxFF-molecular dynamics simulations of non-oxidative and non-catalyzed thermal decomposition of methane at high temperatures // Phys. Chem. Chem. Phys. 2010. Vol. 12. P. 7883-7893.

180. Zhan H., Zhang G., Zhang Y., Tan V., Bell J. M., Gu Y. Thermal conductivity of a new carbon nanotube analog: The diamond nanothread // Carbon. 2016. Vol. 98. P. 232 - 237.

181. Subbaraman R., Deshmukh S. A., Sankaranarayanan S. K. Atomistic insights into early stage oxidation and nanoscale oxide growth on Fe (100), Fe (111)

and Fe (110) surfaces // The Journal of Physical Chemistry C. 2013. Vol. 117, no. 10. P. 5195-5207.

182. Zarshenas M., Moshkunov K., Czerwinski B., Leyssens T., Delcorte A. Molecular dynamics simulations of hydrocarbon film growth from acetylene monomers and radicals: effect of substrate temperature // The Journal of Physical Chemistry C. 2018. Vol. 122, no. 27. P. 15252-15263.

183. Khalilov U., Bogaerts A., Neyts E. C. Atomic-scale mechanisms of plasma-assisted elimination of nascent base-grown carbon nanotubes // Carbon. 2017. Vol. 118. P. 452 - 457.

184. Elliott J. A., Shibuta Y., Amara H., Bichara C., Neyts E. C. Atomistic modelling of CVD synthesis of carbon nanotubes and graphene // Nanoscale. 2013. Vol. 5, no. 15. P. 6662-6676.

185. Neyts E., Bogaerts A. Ion irradiation for improved graphene network formation in carbon nanotube growth // Carbon. 2014. Vol. 77. P. 790 - 795.

186. Neyts E. C., Shibuta Y., van Duin A. C. T., Bogaerts A. Catalyzed Growth of Carbon Nanotube with Definable Chirality by Hybrid Molecular Dynam-icsa-Force Biased Monte Carlo Simulations // ACS Nano. 2010. Vol. 4, no. 11. P. 6665-6672.

187. Khalilov U., Bogaerts A., Neyts E. C. Atomic scale simulation of carbon nanotube nucleation from hydrocarbon precursors // Nature communications. 2015. Vol. 6. P. 10306.

188. Zhao H., Shi Q., Han Z., Gong H., Zhang Z., Wu S., Wu J. Anomalous thermal stability in supergiant onion-like carbon fullerenes // Carbon. 2018. Vol. 138. P. 243 - 256.

189. Ranganathan R., Rokkam S., Desai T., Keblinski P. Generation of amorphous carbon models using liquid quench method: A reactive molecular dynamics study // Carbon. 2017. Vol. 113. P. 87 - 99.

190. Martin J. W., Mcintosh G. J., Arul R., Oosterbeek R. N., Kraft M., Sohnela T. Giant fullerene formation through thermal treatment of fullerene soot // Car-

bon. 2017. Vol. 125. P. 132 - 138.

191. Senftle T. P., Hong S., Islam M. M., Kylasa S. B., Zheng Y., Shin Y. K., Junkermeier C. et al. The ReaxFF reactive force-field: development, applications and future directions // npj Computational Materials. 2016. Vol. 2. P. 15011.

192. Hohenberg P., Kohn W. Inhomogeneous electron gas // Physical review. 1964. Vol. 136, no. 3B. P. B864.

193. Sham L., Kohn W. One-particle properties of an inhomogeneous interacting electron gas // Physical Review. 1966. Vol. 145, no. 2. P. 561.

194. Kohn W., Becke A. D., Parr R. G. Density functional theory of electronic structure // The Journal of Physical Chemistry. 1996. Vol. 100, no. 31. P. 12974-12980.

195. Johnson B. G., Gill P. M., Pople J. A. The performance of a family of density functional methods // The Journal of chemical physics. 1993. Vol. 98, no. 7. P. 5612-5626.

196. Becke A. D. Density-functional thermochemistry. IV. A new dynamical correlation functional and implications for exact-exchange mixing // The Journal of chemical physics. 1996. Vol. 104, no. 3. P. 1040-1046.

197. Becke A. D. Density-functional exchange-energy approximation with correct asymptotic behavior // Physical review A. 1988. Vol. 38, no. 6. P. 3098.

198. Lee C., Yang W., Parr R. G. Development of the Colle-Salvetti correlation-energy formula into a functional of the electron density // Physical review B. 1988. Vol. 37, no. 2. P. 785.

199. Becke A. D. Densityfunctional thermochemistry. III. The role of exact exchange // The Journal of Chemical Physics. 1993. Vol. 98, no. 7. P. 5648-5652.

200. Murray C. W., Laming G. J., Handy N. C., Amos R. D. Kohn—Sham bond lengths and frequencies calculated with accurate quadrature and large basis sets // Chemical physics letters. 1992. Vol. 199, no. 6. P. 551-556.

201. Redfern P., Zapol P., Curtiss L., Rajh T., Thurnauer M. Computational studies of catechol and water interactions with titanium oxide nanoparticles // The

Journal of Physical Chemistry B. 2003. Vol. 107, no. 41. P. 11419-11427.

202. Curtiss L. A., Raghavachari K., Redfern P. C., Pople J. A. Assessment of Gaussian-2 and density functional theories for the computation of enthalpies of formation // The Journal of Chemical Physics. 1997. Vol. 106, no. 3. P. 1063-1079.

203. Guallar V., Borrelli K. W. A binding mechanism in protein-nucleotide interactions: implication for U1A RNA binding // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2005. Vol. 102, no. 11. P. 3954-3959.

204. Saha B., Shindo S., Irle S., Morokuma K. Quantum chemical molecular dynamics simulations of dynamic fullerene self-assembly in benzene combustion // ACS nano. 2009. Vol. 3, no. 8. P. 2241-2257.

205. Huang J., Ding F., Jiao K., Yakobson B. I. Real time microscopy, kinetics, and mechanism of giant fullerene evaporation // Physical review letters. 2007. Vol. 99, no. 17. P. 175503.

206. URL:https://github.com/lammps/lammps/issues/59.

207. Nose S. A molecular dynamics method for simulations in the canonical ensemble // Molecular physics. 1984. Vol. 52, no. 2. P. 255-268.

208. Maruyama S., Yamaguchi Y. A molecular dynamics demonstration of annealing to a perfect C60 structure // Chemical physics letters. 1998. Vol. 286, no. 3-4. P. 343-349.

209. Yamaguchi Y., Maruyama S. A molecular dynamics simulation of the fullerene formation process // Chemical Physics Letters. 1998. Vol. 286, no. 3-4. P. 336-342.

210. Fang X., Shashurin A., Teel G., Keidar M. Determining synthesis region of the single wall carbon nanotubes in arc plasma volume // Carbon. 2016. Vol. 107. P. 273-280.

211. Li B., Nan Y., Zhang P., Song X. Reducing dimensions of nanocarbons in electric arc plasma via rapid flow treatment // Diamond and Related Materials. 2017. Vol. 73. P. 148-153.

212. Ostroumova G., Orekhov N., Stegailov V. Reactive molecular-dynamics study of onion-like carbon nanoparticle formation // Diamond and Related Materials. 2019. Vol. 94. P. 14-20.

213. Zakharchenko K. V., Fasolino A., Los J., Katsnelson M. Melting of graphene: from two to one dimension // Journal of Physics: Condensed Matter. 2011. Vol. 23, no. 20. P. 202202.

214. Li L., Xu M., Song W., Ovcharenko A., Zhang G., Jia D. The effect of empirical potential functions on modeling of amorphous carbon using molecular dynamics method // Applied surface science. 2013. Vol. 286. P. 287-297.

215. Palmer J. C., Gubbins K. E. Atomistic models for disordered nanoporous carbons using reactive force fields // Microporous and mesoporous materials. 2012. Vol. 154. P. 24-37.

216. Andrews R., Jacques D., Qian D., Dickey E. Purification and structural annealing of multiwalled carbon nanotubes at graphitization temperatures // Carbon. 2001. Vol. 39, no. 11. P. 1681-1687.

217. Chase M. W., Davies C. A., Downey J. R., Frurip D. J., McDonald R. A., Syverud A. N. JANAF thermochemical tables //J. Phys. Chem. Ref. Data. 1985. Vol. 14. P. 1-926.

218. Bundy F. Pressure-temperature phase diagram of elemental carbon // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 1989. Vol. 156, no. 1. P. 169-178.

219. Schoessow G. J. Graphite triple point and solidus-liquidus interface experimentally determined up to 1000 atm // Physical Review Letters. 1968. Vol. 21, no. 11. P. 738.

220. Gokcen N., Chang E., Poston T., Spencer D. Determination of graphite-liquid-vapor triple point by laser heating: Tech. rep.: DTIC Document, 1976.

221. Sheindlin M., Senchenko V. Experimental investigation of graphite thermodynamic properties in the vicinity of melting point // Doklady Akademii Nauk SSSR. 1988. Vol. 298, no. 6. P. 1383-1386.

222. Baitin A., Lebedev A., Romanenko S., Senchenko V., Sheindlin M. The melting

point and optical properties of solid and liquid carbon at pressures of up to 2 kbar // High Temperatures. High Pressures. 1990. Vol. 22, no. 2. P. 157-170.

223. Cezairliyan A., Miiller A. Measurement of the radiance temperature (at 655 nm) of melting graphite near its triple point by a pulse-heating technique // International Journal of Thermophysics. 1990. Vol. 11, no. 4. P. 643-651.

224. Pottlacher G., Hixson R., Melnitzky S., Kaschnitz E., Winkler M., Jager H. Thermophysical properties of POCO AXF-5Q graphite up to melting // Ther-mochimica acta. 1993. Vol. 218. P. 183-193.

225. Asinovskii E., Kirillin A., Kostanovskii A., Fortov V. Melting parameters of carbon // High temperature. 1998. Vol. 36, no. 5. P. 716-721.

226. Musella M., Ronchi C., Brykin M., Sheindlin M. The molten state of graphite: An experimental study // Journal of Applied Physics. 1998. Vol. 84, no. 5. P. 2530.

227. Korobenko V., Savvatimskiy A. Blackbody design for high temperature (1800 to 5500 K) of metals and carbon in liquid states under fast heating // AIP Conference Proceedings / AIP Publishing. Vol. 684. 2003. P. 783-788.

228. Basharin A. Y., Brykin M. V., Marin M. Y., Pakhomov I. S., Sitnikov S. F. Methods of Increasing the Measurement Accuracy during the Experimental Determination of the Melting Point of Graphite // High Temperature. 2004. Vol. 42, no. 1. P. 60-67.

229. Porezag D., Frauenheim T., Köhler T., Seifert G., Kaschner R. Construction of tight-binding-like potentials on the basis of density-functional theory: Application to carbon // Physical Review B. 1995. Vol. 51, no. 19. P. 12947.

230. Zheng G., Irle S., Morokuma K. Performance of the DFTB method in comparison to DFT and semiempirical methods for geometries and energies of C20-C86 fullerene isomers // Chemical physics letters. 2005. Vol. 412, no. 1-3. P. 210-216.

231. VandeVondele J., Krack M., Mohamed F., Parrinello M., Chassaing T., Hut-ter J. Quickstep: Fast and accurate density functional calculations using a

mixed Gaussian and plane waves approach // Computer Physics Communications. 2005. Vol. 167, no. 2. P. 103-128.

232. Kohler C., Frauenheim T. Molecular dynamics simulations of CFx (x= 2, 3) molecules at Si3N4 and SiO2 surfaces // Surface science. 2006. Vol. 600, no. 2. P. 453-460.

233. Abrahamson J. P., Singh M., Mathews J. P., Vander Wal R. L. Pulsed laser annealing of carbon black // Carbon. 2017. Vol. 124. P. 380-390.

234. Michelsen H. A., Schrader P. E., Goulay F. Wavelength and temperature dependences of the absorption and scattering cross sections of soot // Carbon. 2010. Vol. 48, no. 8. P. 2175-2191.

235. Gurentsov E. V., Eremin A. V., Mikheyeva E. Y. Study of thermodynamic properties of carbon nanoparticles by the laser heating method // High Temperature. 2017. Vol. 55, no. 5. P. 723-730.

236. Schraml S., Dankers S., Bader K., Will S., Leipertz A. Soot temperature measurements and implications for time-resolved laser-induced incandescence (TIRE-LII) // Combustion and Flame. 2000. Vol. 120, no. 4. P. 439-450.

237. Titov A. V., Ufimtsev I. S., Luehr N., Martinez T. J. Generating efficient quantum chemistry codes for novel architectures // Journal of chemical theory and computation. 2012. Vol. 9, no. 1. P. 213-221.

238. Becke A. D. Density-functional thermochemistry. III. The role of exact exchange // The Journal of chemical physics. 1993. Vol. 98, no. 7. P. 5648-5652.

239. Stephens P., Devlin F., Chabalowski C., Frisch M. J. Ab initio calculation of vibrational absorption and circular dichroism spectra using density functional force fields // The Journal of Physical Chemistry. 1994. Vol. 98, no. 45. P. 11623-11627.

240. Bauschlicher Jr C. W., Qi T., Reed E. J., Lenfant A., Lawson J. W., Desai T. G. Comparison of ReaxFF, DFTB, and DFT for phenolic pyrolysis. 2. Elementary reaction paths // The Journal of Physical Chemistry A. 2013. Vol. 117, no. 44. P. 11126-11135.

241. Michelsen H., Schulz C., Smallwood G., Will S. Laser-induced incandescence: Particulate diagnostics for combustion, atmospheric, and industrial applications // Progress in Energy and Combustion Science. 2015. Vol. 51. P. 2-48.

242. Shavelkina M. B., Amirov R. Direct synthesis of hydrogenated graphene via hydrocarbon decomposition in plasmas // Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2019. Vol. 10, no. 1. P. 102-106.

243. Vekselman V., Khrabry A., Kaganovich I., Stratton B., Selinsky R., Raitses Y. Quantitative imaging of carbon dimer precursor for nanomaterial synthesis in the carbon arc // Plasma Sources Science and Technology. 2018. Vol. 27, no. 2. P. 025008.

244. Yatom S., Khrabry A., Mitrani J., Khodak A., Kaganovich I., Vekselman V., Stratton B., Raitses Y. Synthesis of nanoparticles in carbon arc: measurements and modeling // MRS Communications. 2018. Vol. 8, no. 3. P. 842-849.

245. Kondratyev A., Rakhel A. Melting Line of Graphite // Physical review letters. 2019. Vol. 122, no. 17. P. 175702.

246. Savvatimskiy A. Measurements of the melting point of graphite and the properties of liquid carbon (a review for 1963-2003) // Carbon. 2005. Vol. 43, no. 6. P. 1115-1142.

247. Buchnev L., Smyslov A., Dmitriev I., Kuteinikov A., Kostikov V. I. Experimental-study of the enthalpy of a quasi-single crystal of graphite and glass-carbon in the temperature-range 300-3800-degrees-K // Teplofizika vysokikh temperatur. 1987. Vol. 25, no. 6. P. 1120-1125.

248. Jager C., Mutschke H., Henning T., Huisken F. Spectral properties of gas-phase condensed fullerene-like carbon nanoparticles from far-ultraviolet to infrared wavelengths // The Astrophysical Journal. 2008. Vol. 689, no. 1. P. 249.

249. Huisken F., Jager C., Mutschke H., Henning T. Gas-phase condensation of nanometer-and subnanometer-sized carbon grains and polycyclic aromatic hydrocarbons // Diamond and related materials. 2009. Vol. 18, no. 2-3. P. 392-395.

250. Jäger C., Huisken F., Mutschke H., Jansa I. L., Henning T. Formation of poly-cyclic aromatic hydrocarbons and carbonaceous solids in gas-phase condensation experiments // The Astrophysical Journal. 2009. Vol. 696, no. 1. P. 706.

251. Krasnokutski S., Goulart M., Gordon E., Ritsch A., Jager C., Rastogi M., Salvenmoser W. et al. Low-temperature condensation of carbon // The Astro-physical Journal. 2017. Vol. 847, no. 2. P. 89.

252. Los J., Zakharchenko K., Katsnelson M., Fasolino A. Melting temperature of graphene // Physical Review B. 2015. Vol. 91, no. 4. P. 045415.

253. Fomin Y. D., Brazhkin V. Comparative study of melting of graphite and graphene // Carbon. 2020. Vol. 157. P. 767-778.

254. Singh S. K., Neek-Amal M., Peeters F. Melting of graphene clusters // Physical Review B. 2013. Vol. 87, no. 13. P. 134103.

255. Kudryashov S. I., Karabutov A. A., Zorov N. B. Thermodynamic state of the laser-induced liquid phase and position of the triple point of carbon // Mendeleev communications. 1998. Vol. 8, no. 4. P. 151-152.