Моделирование строения и физико-химических свойств наноструктур на основе графена тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.17, кандидат наук Артюх, Анастасия Александровна

• Артюх, Анастасия Александровна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Артюх, Анастасия Александровна

ЫГрафен

1.2.Фуллерен ы

1.3. Углеродные нанотрубки

1.4. Производные графена

1.5. Композиты на основе графена и УНТ

1.6. Материалы с УНТ и фуллеренами

1.7. Графен-фуллерен соединения

1.8. Графеновые квантовые точки

Глава 2. Обзор использованных расчетных методов

2.1 Современные кванто-механические методы вычисления наноструктур

2.2 Метод молекулярной динамики

2.3 Самосогласованный зонный метод функционала зарядовой

плотности - сильной связи

2.4 Метод упругой ленты для расчета энергетических барьеров реакций присоединения

2.5 Методы геометрической оптимизации

Глава 3. Графен-нанотрубные соединения

3.1 Моделирование структуры ковалентно связанных

графен-УНТ соединений

3.1.1. Структуры соединений

3.1.2 Энергетика соединений

3.1.3 Механические свойства графен-УНТ соединений ковалентно

связанных фрагментов молекул

3.2. Выводы

Глава 4 Соединения УНТ в фуллереновой оболочке

4.1 Введение

4.2 Классификация УНТ-фуллерен соединений

4.3 Структура, энергетические характеристики и стабильность

4.4. Модели зарождения фуллереновой оболочки

4.5. Оболочка из димеров Сбо на УНТ: структура и энергетика

4.6 Молекулярные кристаллы из нанотруб, окруженных фуллеренами

4.7 Выводы

Глава 5 Графен-фуллерен соединения

5.1 Слой фуллеренов на графене и между двумя листами графена

5.1.1 Молекулярные структуры и энергетика

Электронные свойства графен-фуллерен кристалла в

сравнении с фуллеритом

5.2. Ковалентные соединения

5.2.1 Ковалентное присоединение С6о к листу графена

5.2.2 Новый квази-двумерные кристаллы - полимеризованные фуллереновые цепочки на графене

5.2.3 Слоистые кристаллы: полимерные цепочки фуллеренов между графенами, с частичным или полным ковалентным

присоединением фуллеренов к графенам

5.3 Выводы

Глава 6 Квантовые точки на графеновой наноленте, разделенные

графановыми участками

6.1 Введение (адсорбция водорода на графен, пирамидальность)

6.2 Метод формирования квантовых точек на ГНЛ с использованием

«ножа»

6.3. Формирование квантовых точек на ГНЛ при адсорбции водорода на

перегибах

6.4 Образования графановых областей методом «маски»

6.5. Выводы

Общие выводы

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование строения и физико-химических свойств наноструктур на основе графена»

Введение

Актуальность работы

Различные аллотропные формы углерода известны с давних пор. С

момента открытия фуллеренов в 1985 г. [1,2] постоянно появляются сообщения об обнаружении новых структур на основе углерода. Так, в 1991 г. Ииджима [3] впервые расшифровал структуру углеродных нанотрубок (УНТ) по дифракционным картинам в электронном микроскопе. Почти в то же время (в 1992 году) с помощью метода распыления графита электронным пучком были получены пленки из УНТ на различных подложках [4]. В 2004 г. революционной стала работа [1], в которой сообщалось о получении графена -материала, состоящего из монослоя углеродных атомов, обладающего большой проводимостью и механической жесткостью, положившего начало новой ветви нанотехнологий, основанной на углероде. Графен представляет интерес как составной компонент, так и как самостоятельный объект, благодаря высокой проводимости и жесткости. С момента получения графена на его основе были предсказаны и синтезированы различные материалы, например: графан [5,6] -гидрированный с двух сторон лист графена, монофторид [7,8] - фторированный лист, а также графен с периодически расположенными дырками [9]. Предложен диаман [10] - алмазоподобный слой, образованный из двухслойного графена с адсорбированными атомами водорода с обеих сторон.

Поскольку фуллерены, УНТ и графен обладают уникальными физическими и химическими свойствами, они рассматриваются как основа для различных наноустройств, например суперчувствительных газовых сенсоров [11], эмиттеров электронов [12-13], устройств хранения газов [14]. Кроме того, пристальный интерес к графену связан с его потенциальным применением в наноэлектронике. В последнее время появляются работы по созданию квантовых точек (КТ) на графене с превосходной фотостабильностью и яркостью флуоресценции, которые могут заменить традиционные люминофоры [15, 15]. Кроме того кремниевые технологии подходят к их возможному

пределу [17], поэтому реализация устройств на основе графена на данный момент является перспективной из-за чрезвычайно высокой подвижности носителей. Уже сейчас IBM группа продемонстрировала работу 155 ГГц графепового транзистора и реализованы различные виды интегральных схем, в том числе нелинейные смесители, усилители напряжения (IBM) и инверторы (Миланский политехнический университет). Это уже довольно внушительный прогресс несмотря на то, что исследования графена как основы для электронных устройств находится еще на ранней стадии.

Однако следует отметить сложность и дороговизну проведения экспериментов, связанных с наноструктурами. Так, например, стоимость однослойного листа графена начинается с 500 £ и увеличивается в зависимости от его размера. Использование компьютерного эксперимента открывает новые возможности в области исследований наноструктур, дополняя, а иногда и заменяя дорогостоящие эксперименты. Моделирование на атомном уровне позволяет предсказать структуру, стабильность, динамику поведения материалов и многое другое еще до момента их синтеза. Так, с помощью квантово-химических расчетов за 12 лет до экспериментальной расшифровки структуры была продемонстрирована стабильность фуллеренов [2]. По крайней мере, две теоретические работы по УНТ были опубликованы до сообщения 1991 г. о росте УНТ. В одной из этих работ [18] предсказывалась большая упругость нанотрубок. Именно лежащие в основе теории углеродных нанотрубок расчеты необычной зонной структуры графена [19] послужили мотивацией для экспериментального приготовления этого материала.

Приведенные выше аллотропные модификации углерода: фуллерен, УНТ и графен могут представлять интерес как сами по себе, так и как «наполнители» для композитных материалов. В настоящей работе внимание уделено углеродным наноструктурным материалам: графену, углеродным нанотрубкам и фуллеренам, которые являются идеальными строительными «кирпичиками» для создания новых наноструктур. На их основе рассмотрены соединения

графен-УНТ, фуллерен-УНТ и фуллерен-графен. Приведенные расчеты дают основание полагать, что композитный материал будет обладать улучшенными свойствами, чем его компоненты по отдельности. Также в работе рассматриваются принципиальные схемы контролируемого гидрирования графена, которые могут послужить основой для создания графен-графановых квантовых точек.

В главе 3 рассматриваются графен-нанотрубные соединения. Показано, что данные соединения энергетически стабильны и обладают большой жесткостью. Глава 4 посвящена ковалентным и молекулярным УНТ-фуллерен соединениям, структуре, источникам зарождения структур, энергетике. Молекулярные соединения были классифицированы. Графен-фуллереновые соединения рассмотрены в главе 5. Кристаллы на их основе обладают большой упругостью по сравнению с исходными компонентами. К сожалению, на данный момент молекулярные соединения с использованием Сбо и УНТ или графена мало изучены, но поскольку фуллерены являются хорошими акцепторами электронов, возбуждаемыми при помощи видимого света, можно надеяться на то, что системы УНТ-Сбо и графен-Сео найдут свое применение в фотовольтаике. В главе 6 представлены три модели формирования графановых областей на графене. Полученные структуры могут быть использованы в качестве квантовых точек.

Цель работы

Целью диссертационной работы было теоретическое исследование композитных структур из трех основных углеродных наноматериалов: графена, нанотрубок и фуллеренов, предсказывая тем самым композиты с улучшенными физико-химическими свойствами, отличными от свойств исходных наноразмерных компонентов. Предлагаемые структуры могут обладать широким спектром применения, не только в качестве высокопроводящих и высокопрочных композитных материалов, а так же элементов наноразмерных устройств. В соответствии с целыо работы были поставлены следующие задачи:

1) Исследование новых классов соединений: графен-нанотрубных, графен-фуллереновых и углеродных нанотрубок, покрытых «шубой» из фуллеренов, оценка их энергетической стабильности:

а) ковалентных соединений,

б) молекулярных соединений.

2) Исследование возможности формирования графеновых квантовых точек с использованием контролируемого гидрирования графена.

Публикации

По результатам диссертации опубликовано 5 статей в реферируемых международных научных журнала, 1 статья в сборнике трудов конференции и 1 монография. Всего опубликовано 23 работы, включая тезисы конференций.

1. Чернозатонский JI.A., Шека Е.Ф., Артюх A.A. Графен-нанотрубные структуры: строение и энергетика образования // Письма в ЖЭТФ. 2009. Т. 89. N.7. С. 412-417.

2. Artyukh A.A., Chernozatonskii L.A., Sorokin P.B. Mechanical and Electronic Properties of Carbon Nanotube - Graphene Compounds // Phys. Status Solidi B. 2010. V.247. N.l 1-12. P. 2927-2930.

3. Чернозатонский JI.A., Артюх A.A., Демин В.А. Квазиодномерные фуллерен-нанотрубные структуры: строение, энергетика образования и электронные свойства//Письма в ЖЭТФ. 2013. Т.97. N.2. С. 119-126.

4. Чернозатонский JI.A., Артюх A.A., Квашнин Д.Г. Формирование графеновых квантовых точек при "посадке" атомов водорода на графеновую наноленту // Письма в ЖЭТФ. 2012. Т.95. N.5. С. 290-295.

5. Артюх A.A., Демин В.А., Чернозатонский J1.A. Стабильность композитной структуры из углеродной нанотрубки и фуллеренов С^Н Химия и химическая технология. 2013. Т. 56. В. 5. С.88-90.

6. Артюх A.A. , Чернозатонский JI.A. Композиты на основе углеродных нанотрубок и графена // В сб.: Новые углеродные наноматериалы:

получение, исследование, перспективы применения. Под ред. Сладковой Т.А. Москва: Наука, 2013. С. 75-97. (109 С.) ISBN 978-5-02-038086-8

7. Kvashnin D.G., Artyukh А.А., Bruning J.W., Chernozatonskii L.A. Graphene quantum dots and antidots: possible ways to preparation // The seventh International conference on material technologies and modeling MMT-2012, Ariel, Israel, p. 2-79 - 2-89,20-23 august 2012

8. Chernozatonskii L.A., Artyukh A.A., Sheka E.F., Sorokin P.B. Modelling of graphene-nanotube structures: architecture, properties and applications //TNT Conference, 7-11.09.2009, Spain, Barcelona.

9. Chernozatonskii L.A., Sheka E.F., Sorokin P.B., Artyukh A.A. New carbon materials: modeling nanotube-graphene nanoribbons composites // Международная конференция IWFAC'2009, Санкт-Петербург, 6-10 июля 2009.

10. Artyukh A., Sorokin P., Chernozatonskii L. New nanostructures based on Carbon Nanotube - Graphene Compounds: Modelling of their energetic, elastic and electronic properties // 24th International Winter school Electronic Properties of Novel Materials: "Molecular nanostructures" IWEPNM 2010, 7-12 march 2010, Kirhsberg, Austria.

11. Артюх A.A., Чернозатонский JI. А. Графен - нанотрубные соединения // 7-я Всероссийская конференция "Молекулярное моделирование", Москва, 13-15 апреля 2011.

12. Артюх А.А., Чернозатонский Л.А., Кац Е.А. Фуллерен-нанотрубные соединения // Молодежная конференция ИБХФ РАН, Москва, 2010.

13. Артюх А.А., Чернозатонский Л.А., Демин В.А.. Структура и стабильность композитной структуры из углеродной нанотрубки и фуллеренов // 8-я Международная конференция «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология», Троицк, 25-27 сентября 2012, с. 25-26

14. Демин В.А., Артюх А.А., Чернозатонский Л.А. Теоретическое исследование наноструктур Сбо-УНТ // Материалы XVIII Всероссийской

научной конференции студентов-физиков и молодых ученых. 29 марта - 5 апреля, 2012., Красноярск, с. 600

15. Артюх A.A., Чернозатонский JI.A. Фуллерен-нанотрубные и графен-фуллеренные соединения // VII Международная конференция «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология. Конструкционные и функциональные материалы (в том числе наноматериалы) и технологии их производства», Троицк, 17-19.11, 2010.

16. Артюх A.A., Чернозатонский JI.A. Композиты на основе графена и фуллеренов. // XX Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», Москва, 8-12 апреля 2013.

17. Artyukh A., Chernozatonskii L. Novel carbon nanostructures: molecular and covalent bound graphene-fullerene crystals // Nano-design, technology, computer simulation, Минск, 11-18.06.2013.

18. Артюх A.A., Чернозатонский Л.А. Моделирование адсорбции водорода на графене с образованием проводящих нанолент // Всероссийская конференция «Физико-химические аспекты технологии наноматериалов, их свойства и применение», Москва, 9-13 ноября 2009.

19. Артюх A.A., Чернозатонский Л.А. Формирование электронных волноводов на графене // «Современная химическая физика», XXII симпозиум, г. Туапсе, с 24 сентября по 5 октября 2010.

20. Артюх A.A., Сорокин П.Б., Чернозатонский Л.А. Моделирование разрастания островков графана на листе графена // IX Международная молодежная конференция ИБХФ РАН-ВУЗы "Биохимическая физика", Москва, 9-11.11.2009.

21. Артюх A.A., Чернозатонский Л.А., Моделирование образования графановых областей на графеновой наноленте // XI Международная молодежная конференция "Биохимическая физика" ИБХФ РАН-ВУЗы, Москва, 2011.

и

22. Artyukh A., Chernozatonskii L., Formation of quantum dots on graphene with using hydrogen or fluorine, Nanosmat 2012, Prague, Czech Republic, 18-21 September 2012.

23. Chernozatonskii L. A., Kvashnin D. G., Arthukh A. A., Bruening J., Sorokin P.B. Graphenes with nanoholes and CH(CF) nanoislands - comparison of analogous structures and similar electronic properties, applications // Book of abstracts of 13th International workshop on nanoscience and nanotechnology, Frascati, Italy, October 1-4, 2012.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из 6 глав, заключения и списка

литературы. Объем работы: страниц - 103, рисунков - 36, таблиц - 9. Список литературы содержит 137 наименования.

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Графен

Графен - монослой sp2 - гибридизированных атомов углерода, образующих гексагональную структуру. Он является полуметаллом с нулевой запрещенной зоной с так называемым «дираковским спектром» [1]. Графен может быть рассмотрен как «строительный материал» для других углеродных материалов.

Для получения графена используется несколько методов. Впервые однослойный графеновый лист был получен методом механического отшелушивания от высокоориентированного пиролитического графита [1]. Хотя еще в 1970-х годах графен был выращен на металлической подложке методом химического осаждения из газовой фазы (Chemical Vapor Deposition, CVD) как это сейчас было сделано на SiC вакуумной графитизацией [2]. Ныне разработаны и другие методы получения графена, многие из них приведены в работе [20]. Все известные методы имеют свои преимущества и недостатки. Так, метод механического отшелушивания дает образцы самого высокого качества, но он неприменим для масштабного производства - в последнем используется CVD метод.

Большой интерес представляют графеновые наноленты (ГНЛ) - длинные полосы графена. Согласно теоретическим предсказаниям, ширина запрещенной зоны зависит от ширины и кристаллографической ориентации ГНЛ. Разработаны различные способы их получения, например, с помощью литографии [21] или нарезания УНТ [21]. Современные технологии позволяют получать ГНЛ контролируемой ширины и кристаллографической ориентации. Существует возможность одновременного нарезания целого массива УНТ и дальнейшие манипуляции с ним. Например, наложения ГНЛ друг на друга или ГНЛ на УНТ [23].

1.2 Фуллерены

В молекуле фуллерена все атомы углерода расположены в вершинах правильных шести- и пятиугольников, из которых составлена поверхность сферы. Самый симметричный и наиболее полно изученный представитель семейства фуллеренов — [60]фуллерен (С6о), в котором углеродные атомы образуют усеченный икосаэдр, состоящий из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников и напоминающий футбольный мяч [1]. Так как каждый атом углерода фуллерена С6о принадлежит одновременно двум шести- и одному пятиугольнику, то все атомы в Сбо эквивалентны.

1.3 Углеродные нанотрубки

Однослойная углеродная нанотрубка (ОУНТ) представляет собой -

свернутый в цилиндр лист графена, обладающий полупроводниковыми или металлическими свойствами в зависимости от конкретной схемы сворачивания. Нанотрубки могут быть и многослойными (МУНТ). Комбинация маленького размера и особых физических свойств делает УНТ перспективными для применения в композитных материалах.

УНТ часто используются для улучшения механических свойств композитных материалов. Например, модуль Юнга увеличивается вплоть до 370% при введении МУНТ в исходный композит [24]. Много работ посвящено образованию пленок из переплетенных УНТ. Подобные пленки также обладают улучшенными свойствами: например, могут иметь прочность на растяжение до 1.8 ГПа. Такой материал может быть использован в качестве суперконденсатора, электронного текстильного изделия или полимерного композита [25]. Введение УНТ увеличивает жесткость, прочность и твердость материала.

1.4 Производные графена

Графен служит базой для создания различных материалов и

наноустройств на его основе. Один из таких материалов - графан, предсказанный теоретически [26] и полученный экспериментально [6], полностью гидрированный с двух сторон лист графена. В зависимости от взаимного расположения атомов водорода различают четыре различных конформации графана: chair (кресло), washboard (стиральная доска), bed (кровать) и armchair (кресло - 2) (Рис.1). Так, в конфигурации «кресло» (chair), соседние адатомы находятся по разную сторону от графенового листа. В конфигурации «кровать» (bed) адатом одного из соседей находится по одну сторону с адатомом рассматриваемого атома, у двух соседей адатомы лежит по другую сторону. Для двух оставшихся конфигураций адатомы двух соседей находятся по одну сторону с адатомом рассматриваемого атома, у одного соседа адатом лежит по другую сторону. Различие состоит только во взаимном расположении атомов водорода относительно графенового листа. Ширина запрещенной зоны графана зависит от конформации и равна примерно 3 эВ. Наиболее энергетически выгодной является конфигурация «кресло».

Ж а А Ж. „-Ж о Ж А

А А' "А А "а " 'у р О" у у "А

о А. ь о а. Ж 4ч > Ж. > •

А • • f' А' А' о о 9

6. А о .о обо о

О о о о • f

• • • • • •

9 9 0 О О О о

I I I

Кресло (chair) Стиральная доска Кровать (bed) Кресло-2

(washboard) (armchair)

Рис. 1 - Возможные конформации графана

Большой интерес представляет аналог графана - лист монофторида, полностью фторированный графен [7]. Ранее был запатентован метод получения многослойного СБХ с заданным х = 0.68, 0.75, 0.80, 0.96, 0.99, 1.00 и

1.12 путем изменения температуры и типа фторируемого графита [27]. Монофторид графена также является диэлектриком с шириной запрещенной зоны ~ 3 эВ, варьируемой для различных конформаций. Связь углерод - фтор является более сильной, чем углерод - водород, что делает материал более устойчивым. Однако в вопросах контролируемой адсорбции наиболее интересным является водород, поскольку присоединение фтора происходит почти безбарьерно.

Совместное использование графена и графана, графена и монофторида открывает новые возможности для устройств хранения и спинтроники. Так в работе [28] рассмотрена структура, состоящая из треугольных кусков графена, разделенных графаном. Данная структура может быть как антиферромагнетиком, так и ферромагнетиком, в зависимости от ширины зигзаг полосы чистого углерода, разделяющего графановые треугольники. Также с изменением размеров графеновых вкраплений обратно пропорционально меняется средний магнитный момент и ширина запрещенной зоны.

1.5 Композиты на основе графена и УНТ

Полимерные нанокомпозиты - область исследований, интенсивно развивающаяся последние 25 лет и включающая в себя разнообразные материалы. В 2009 г. нами было предсказано существование чисто углеродного материала состоящего из УНТ и графена [29]. С тех пор появилось много работ, посвященных композитам, включающих УНТ и графен. Предлагаемые методы можно разделить на три основные группы: первая связана с ростом наноструктур из газовой фазы, вторая - с механическим смешиванием исходных компонентов и третья - с применением самоорганизации структур.

Так, методом химического осаждения из пара на кремниевой подложке с катализатором была выращена структура - так называемый «графен со столбиками» (pillared graphene nanostructure) [29], представленная на Рис. 2. В

качестве катализатора на кремниевую подложку распылили пленку из кобальта и нитрида титана. Осаждение производили под давлением 1000 Па при температуре 510°С, в качестве источника углерода использовали ацетилен. Рост продолжался 10 минут, скорость роста около 670 нм/мин. В полученной структуре ось УНТ расположена перпендикулярно плоскости листа. Ширина графеновых листов варьируется от 17 до 38 нм и зависит от ширины слоя нанесенного катализатора, а именно пленки кобальта. Ширина нитрида титана была во всех экспериментах фиксирована и составляла 5 нм. Расстояние между графеновыми слоями 0.36 нм. Все выращенные нанотрубками оказались многослойными со средним диаметром 11.9 нм. Полученный композит имеет плоскую подложку и дает хороший электрический и тепловой контакт во всех направлениях с другими материалами.

Рис. 2: а - изображение способа прикрепления УНТ к графену, б -изображение сканирующего электронного микроскопа полученного композита

[29]

Структура графен со столбиками также может быть выращена [31] на оксиде графита. Отличие от предыдущей работы заключается в том, что в системе поддерживалось давление 666 Па при температуре 600 °С, катализатор являлись наночастицы железа. В полученный при данных условиях структуре ширина графеновых листов составила 6.7 - 7.3 нм, диаметр УНТ 7.1 - 14.2 нм,

длина УНТ от 10 до 100 микрон. Проводимость полученных пленок достигает 1800 см*м"'. Полученные пленки легко растягиваются и гнутся и, благодаря своей гибкости, легко переносятся на другие подложки. При изгибе сопротивление материала увеличивается - вероятно, это происходит из-за изменения взаимоположения пластинок графена. При снятии напряжения и восстановлении начальной формы сопротивление материала также восстанавливается до исходного значения.

Похожий по структуре композит был выращен в 2009 г. [32]. В качестве углеродной подложки использовался терморасширяемый графит (графоил) или углеродные волокна. На углеродную подложку поместили тонкий слой каталитического железа (1 нм в толщину). На слой катализатора положили слой А120з 5 нм в толщину, что привело к образованию островков каталитического железа на предыдущем слое. Рост происходил при давлении 180 Па, температуре 750 °С в потоке Н2 - 400 ст.куб.см/мин, Н20 - 2 ст.куб.см/мин, С2Н2 - 2 ст.куб.см/мин. Такие условия способствуют быстрому росту леса УНТ, содержащего двухслойные и многослойные нанотрубки. Вся схема эксперимента представлена на Рис. За. Данный рост был назван «Одако» (Odako), что в переводе с японского языка означает «гигантский воздушный змей», поскольку при росте осажденный слой А120з ломается и поднимается с подложки. С помощью снимков просвечивающей электронной микроскопии получено распределение диаметров УНТ в композите (рис. ЗЬ) для образца, состоящего из 164-х нанотрубок. Изображения нанотрубок, выращенных на подложке из углеродного волокна при давлении 180 Па, представлены на рис. 3 с, d. Отмечено, что, благодаря универсальному процессу роста, в качестве подложки может быть использован почти любой материал, например кварцевая подложка, покрытая SiC или графеном.

II. Heating/catalyst reduction

с d

Рис. 3: а - схема роста композита, Ь - распределение диаметров УНТ в полученном композите, с, d - изображения УНТ, выращенных на

углеродном волокне[32]

Другой по структуре углеродный композит был выращен двухстадийным методом химического осаждения [33]. Во время первой стадии были выращены однослойные углеродные нанотрубки на кремниевой подложке с каталитическими частицами железа при температуре 900 °С в течение 10 минут. Во время второй стадии другой углеродный материал был выращен на ранее полученной поверхности с УНТ. Поскольку необработанные УНТ инертны, ковалентная связь с графеном не образуется. Схема полученного соединения представлена на Рис. 4. Так же был рассмотрен случай, когда УНТ, полученные после первой стадии, обрабатывали кислотой. В этом случае дефектные места

стали центром разрастания углеродных наношаров. Согласно данным сканирующей электронной микроскопии, данные наношары содержат внутри себя газ. Таким образом, они могут быть использованы как эффективные адсорбенты.

В 2009 г. американские ученые [34] предложили другой способ объединения графена и УНТ в один слой с использованием механического смешивания. Они синтезировали и очистили оксид графита методом Хаммера [35]. Полученный порошок был растворен в деионизированной воде с помощью ультразвука, профильтрован через мембрану из оксида алюминия и высушен в течение нескольких дней. УНТ прокипятили в течение 24-х часов в растворе азотной и серной кислот. В результате на их поверхности появились гидроксильные и карбоксильные группы. Полученная черная дисперсия была отфильтрована и промыта с помощью деионизированной воды и этилового спирта. Обработанные УНТ и графен были помещены на день в раствор гидразина и перемешивались в течение этого времени, после чего подверглись обработке ультразвуком и центрифугированию. После осаждения на подложку растворитель высушивается при 150°С. Для определения структуры и толщины полученного композита использовались сканирующая электронная микроскопия и атомно-силовая микроскопия соответственно. Ширина

полученного композита примерно 5 им. Отмечено, что он обладает меньшим сопротивлением, чем графен.

Метод механического смешивания был также применен в работе [36] с использованием чистых и почти бездефектных однослойных УНТ и графена. Для приготовления композита УНТ и графитовый порошок были рассеяны в Ы-метил-пирролидоне по отдельности при воздействии ультразвука в течение 10 минут и 18 часов, соответственно, а затем смешаны вместе с различным процентным соотношением. Полученный раствор подвергли ультразвуковой обработке в течение 18-ти часов, центрифугирование не производилось ни на какой стадии. Полученную смесь профильтровали и высушили сначала при комнатной температуре в течение 24-х часов, потом при 60° С в течение 24-х часов и при 100 ° С в вакууме в течение 24-х часов. Толщина полученной пленки варьируется в пределах 100-500 микрометров. Для данной пленки получены зависимости модуля Юнга от процентного содержания графена. Были исследованы композиты со следующими процентными соотношениями графена: 0, 20, 50, 85, 95 и 100%. Показано, что пленки, состоящие только из графена, являются очень хрупкими. Отмечено, что графен распределяется равномерно и в большинстве случаев ориентирован параллельно плоскости пленки. Исключением является образец с 95% содержания графена - в этом случае графен сильно разупорядочен. Для пленки, состоящей только из УНТ, модуль Юнга равен 2 ГПа. Для композита с процентным содержанием графена от 20 до 90% (80% и 10% УНТ соответственно) модуль Юнга значительно превосходит значение 2 ГПа (см Рис. 5). Для 95%-го содержания он равен 1 ГПа. Похожая ситуация наблюдается для удельной проводимости. Удельная проводимость пленки с 100%-м содержанием УНТ -5.0-103 см/м. При увеличении процентного соотношения графена удельная проводимость значительно увеличивается. Так, для 75% она равна 2.0-104 см/м, но уже при 95% начинает падать до 3.0-103 см/м.

■

*

В

о

3

з 1.0x10-

и 4—I—1—I—г—1—г—1—•-1--—I—

0 20 40 60 80 100 Содержание графена/графита (вес. %)

0 I ■ I ■ I

§ 5.0х103- в о.

^ 0.0-1—г

0 20 40 60 80 100 Содержание графена/графита (вес. %)

Рис.5 - Модуль Юнга и удельная проводимость как функции от процентного содержания графена в композите [36]

Недавно была опубликована еще одна работа, посвященная образованию гибридной пленки, состоящей из графена и многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) [37]. Оксид графита химически восстанавливался в гидразине (ИгЩ) в присутствии стабилизатора. Для того, чтобы стала возможна самосборка пленки, на него адсорбировались водорастворимые катионы, что сделало возможным контролируемое осаждение других отрицательно заряженных частиц, таких как обработанные кислотой МУНТ. На Рис. 6 а, б представлены изображения этого раствора, полученные методом атомно-силовой микроскопии. Показано, что в растворе присутствуют листы графена неправильной формы, чьи размеры колеблются от нескольких микрометров в ширину и до 2.0 - 2.5 нм в высоту.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Артюх, Анастасия Александровна, 2013 год

Литература

1. Novoselov K.S., Geim A.K., Morozov S.V., Jiang D., Zhang Y., Dubonos S.V., Grigorieva I.V., Firsov A.A. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films // Science. 2004. V. 306, N. 5696, P. 666-669.

2. Бочвар Д. А., Гальперн E. Г. О гипотетических системах: карбододекаэдре, s-икосаэдре и карбон-икосаэдре //ДАН СССР. Серия химическая .1973. Т. 209. N. 3. Р. 610 -612.

3. Iijima S. Helical microtubules of graphitic carbon // Nature. 1991. V. 354. P.56-58.

4. Косаковская З.Я., Чернозатонский Л.А., Федоров E.A. Нановолоконная углеродная структура// Письма в ЖЭТФ. 1992. Т.56. N. 1. С. 26-30.

5. Sluiter М. Н. F., Kawazoe Y. Cluster expansion method for adsorption: Application to hydrogen chemisorption on graphene // Phys. Rev. B. 2003. v. 68. N. 7. p. 085410-085416.

6. Elias D. C., Nair R. R., Mohiuddin Т. M. G., Morozov S. V., Blake P., Halsall M. P., Ferrari A. C., Boukhvalov D. W., Katsnelson M. I., Geim A. K., Novoselov K. S. Control of Graphene's Properties by Reversible Hydrogenation: Evidence for Graphane// Science. 2009. V. 323, N. 5914. P. 610-613.

7. Artyukhov V I, Chernozatonskii L A. Structure and Layer Interaction in Carbon Monofluoride and Graphane: A Comparative Computational Study// J. Phys. Chem. C. 2010. V.l 14. N. 16 p. 5389-5396.

8. Nair R. R., Ren W. C., Jalil R., Riaz I., Kravets V. G., Britnell L, Blake P., Schedin F., Mayorov A. S., Yuan S., Katsnelson M. I., Cheng Ii. M., Strupinski W., Bulusheva L. G., Okotrub A. V., Grigorieva I. V., Grigorenko A. N., Novoselov K. S., Geim A. K. Fluorographene: A Two - Dimensional Counterpart of Teflon// Small. 2010. V. 6, N. 24. P. 2877-2884.

9. Bai J., Zhong X., Jiang S., Huang Y., Duan X. Graphene nanomesh// Nature Nanotechnology. 2010. V. 5. P. 190 - 194.

10. Чернозатонский Л.А., Сорокин П.Б., Квашнин А.Г., Квашнин Д.Г. Алмазоподобный нанослой СгН - диаман: моделирование структуры и свойств // Письма в ЖЭТФ. 2009. Т. 90. N 2. С. 144-148.

11. Schedin F., Geim A. K., Morozov S. V., Hill E. W., Blake P., Katsnelson M. I., Novoselov K. S. Detection of individual gas molecules adsorbed on graphene // Nat. Mater. 2007. V. 6, P.652-655.

12. Jung S. M., Hahn J., Jung H. Y., Suh J. S. Clean Carbon Nanotube Field Emitters Aligned Horizontally//Nano Lett. 2006. V. 6. N.7. P. 1569-1573.

13. Wu Z.-S., Pei S., Ren W., Tang D., Gao L., Liu В., Li F., Liu C., Cheng H.-M. Deposition //Adv. Mater. 2009. V. 21. N. 17. P. 1756-1760.

14. Dillon A. C., Jones К. M., Bekkedahl T. A., Kiang С. IT, Bethune D. S., Heben M. J. Storage of hydrogen in single-walled carbon nanotubes// Nature. 1997. V. 386, P. 377-379.

15. Droscher S., Knowles H., Meir Y., Ensslin K., Ihn T. Tunneling spectroscopy of graphene-boron-nitride heterostructures//Phys. Rev. B. 2011. V.85. N. 7. P. 073405-073409.

16. Gupta V., Chaudhary N., Srivastava R., Sharma G. D., Bhardwaj R., Chand S., Luminscent graphene quantum dots for organic // J. Am. Cliem, Soc. 2011. V. 133. N. 26. P. 9960-9963.

17. Hassan S., Humaira, Asghar M. Limitation of Silicon Based Computation and Future Prospects// Communication Software and Networks, 2010. ICCSN 40. Second International Conference. P. 559-561. doi: 10.1109/ICCSN.2010.81.

18. Корнилов M. Ю. Нужен трубчатый углерод // Химия и жизнь. 1985. N.8. С. 21-23.

19. Wallace P. R. The Band Theory of Graphite// Phys. Rev. 1947. V.71. N.9. P. 622-634.

20. Елецкий A.B., Искандарова И.М., Книжник А.А., Красиков Д.Н. Графен: методы получения и теплофизические свойства // УФН. 2011. Т. 181. Вып. 3. С. 233-268.

21. Tapaszto L., Dobrik G., Lambin P., Biro L.P. Tailoring the atomic structure of graphene nanoribbons by scanning tunnelling microscope lithography // Nat. Nanotechnology. 2008. V. 3. P. 397-401.

22. Kosynkin D. V., Higginbotham A. L., Sinitskii A., Lomeda J. R., Dimiev A., Price В. K., Tour J. M. Longitudinal unzipping of carbon nanotubes to form graphene nanoribbons//Nature. 2009. V. 458. P. 872-877.

23. Jiao L., Zhang L., Ding L., Liu J., Dai H. Aligned graphene nanoribbons and crossbars from unzipped carbon nanotubes // Nano Research. 2010. V. 3. N. 6. P. 387-394.

24. Weisenberger M.C., Andrews R., Rantell T. Carbon Nanotube Polymer Composites: Recent Developments in Mechanical Properties Physical Properties of Polymers Handbook // Springer. 2007. New York. P. 585-598.

25. Dalton A.B., Collins S., Muñoz E., Razal J. M., Ebron V. H., Ferraris J. P., Coleman J. N., Kim B.G., Baughman R. H. Super-tough carbon-nanotube fibres // Nature. 2003. V. 423. P. 703.

26. Sofo J. O., Chaudhari A. S., Barber G. D. Graphane: A two-dimensional hydrocarbon // Phys. Rev. B. 2007. V. 75. N. 15. p. 153401—4.

27. Margrave J. L., Badachape R. В., Wood J. L., Lagow R. J. Superstoichiometrical carbon monofluoride and methods of preparing stable carbon monofluorides of various stoichiometrics // U.S. Patent No. 3674432, COI В 7/00, publ. 07.04.72. 1972.

28. Wu M., Wu X., Gao Y., Zeng X. С. Patterned Hydrogenation of Graphene: Magnetic Quantum Dot Array //J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. N. 1. P. 139-142.

29. Чернозатонский JI.A., Шека Е.Ф., Артюх А.А. Графен-нанотрубные структуры: строение и энергетика образования // Письма в ЖЭТФ. 2009. Т. 89. N.7. С. 412-417.

30. Kondo D., Sato S., Awano Y. Self-organization of Novel Carbon Composite Structure: Graphene Multi-Layers Combined Perpendicularly with Aligned Carbon Nanotubes // Applied Physics Express. 2008. V. 1. N. 7. P. 074003-5.

31. Lee D. H., Kim J. E., Han Т. H., Hwang J. W., Jeon S., Choi S.-Y., Hong S. H., Lee W. J., Ruoff R. S., Kim S. O. Versatile Carbon Hybrid Films Composed of Vertical Carbon Nanotubes Grown on Mechanically Compliant Graphene Films //Adv. Mater. 2010. V. 22. N. 11. P. 1247-1252.

32. Pint C.L., Alvarez N.T., Hauge R.H. Odako growth of dense arrays of singlewalled carbon nanotubes attached to carbon surfaces // Nano Res. 2007. V. 2. N. 7. P. 526-534.

33. Saito Т., Chiba H., Ito Т., Ogino Т. Growth of carbon hybrid materials by grafting on pre-grown carbon nanotube surfaces// Carbon. 2010. V. 48. N. 4. P. 13051311.

34. Tung V.C., Chen L.-M., Allen M.J., Wassei J.K., Nelson K.5 Kaner R. B., Yang Y. Low-Temperature Solution Processing of Graphene-Carbon Nanotube Hybrid Materials for High-Performance Transparent Conductors// Nano Letters. 2009. V. 9.N. 5.P. 1949-1955.

35. Hummers W. S., Offeman R. E. Preparation of Graphitic Oxide// J. Am.Chem. Soc. 1958. V. 80. N. 6. P. 1339.

36. Khan U., O'Connor I., Gun'ko Y. K., Coleman J. N. The preparation of hybrid films of carbon nanotubes and nano-graphite/graphene with excellent mechanical and electrical properties// Carbon. 2010. V. 48. N. 10. P. 2825-2830.

37. Yu D., Dai L. Self-Assembled Graphene/Carbon Nanotube Hybrid Films for Supercapacitors // Physical chemistry letters. 2010. V. 1. N. 2. P. 467-470.

38. Kim B., Park H., Sigmund W. M. Electrostatic Interactions between Shortened Multiwall Carbon Nanotubes and Polyelectrolytes // Langmuir. 2003. V. 19.N. 6. P. 2525-2527.

39. Li C., Chen Y., Wang Y., Iqbal Z., Chhowalla M., Mitra S. A fullerene-single wall carbon nanotube complex for polymer bulk heterojunction photovoltaic cells // J. Mater.Chem. 2007. V. 17. P. 2406-2411.

40. Nasibulin A. G., Pikhitsa P. V., Jiang H., Brown D. P., Krasheninnikov A. V., Anisimov A.S., Queipo P., Moisala A., Gonzalez D., Lientschnig G., Hassanien A., Shandakov S. D., Lolli G., Resasco D. E., Choi M., Tomanek D., Kauppinen E.I. A novel hybrid carbon material //Nature Nanotechnology. 2007. V. 2. P. 156 - 161.

41. Meng T., Wang C.Y., Wang S.-Y. First-principles study of a hybrid carbon material: Imperfect fullerenes covalently bonded to defective single-walled carbon nanotubes // Phys. Rev. B. 2008. V. 77, N. 3. P.033415-8.

42. He H. Y., Pan B. C. Electronic Structures and Raman Features of a Carbon Nanobud //J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. N.49. P. 20822-20826.

43. Zheng M., Jagota A., Strano M. S., Santos A. P., Barone P., Chou G., Diner B.A., Dresselhaus M.S., Mclean R. S., Onoa G. B., Samsonidze G. G., Semke E. D., Usrey M., Walls D. J. Structure-Based Carbon Nanotube Sorting by Sequence-Dependent DNA Assembly // Science. 2003. V. 302. N. 5650. P. 1545-1548.

44. Sheka E. F., Shaymardanova L.Kh. Reaction barriers and deformation energies of C60-based composites // arXiv: 1102.0925 [cond-mat.mtrl-sci]. 2011.

45. Wu X., Zeng X.C. First-Principles Study of a Carbon Nanobud //ACS Nano.

2008. V. 2.N.7.P. 1459-1465.

46. Saito S., Oshiyama A. Design of C6o-graphite cointercalation compounds // Phys. Rev. B. 1994. V. 49 N. 24 p. 17413-17419.

47. Hashimoto A., Terasaki H., Yamamoto A., Tanaka S. Electron beam irradiation effect for solid C60 epitaxy on graphene // Diamond & Related Materials.

2009. V. 18. N. 2-3. P. 388-391.

48. Ishikawa M., Kamiya S., Yoshimoto S., Suzuki M., Kuwahara D., Sasaki N., Miura K. Nanocomposite Materials of Alternately Stacked C6o Monolayer and Graphene//Journal of Nanomaterials. 2010. V.2010, p.891514- 891519.

49. Zhang Y., Ren L., Wang S., Marathe A., Chaudhurib J., Lie G. Functionalization of graphene sheets through fullerene attachment // J. Mater. Chem. 2011. V. 21. N. 14. P.5386-5391.

50. Cho J., Smerdon J., Gao L., Suzer 6., Guest J.R., Guisinger N.P. Structural and Electronic Decoupling of Сбо from Epitaxial Graphene on SiC //Nano Letters. 2012. V. 12. N. 6. P. 3018-3024.

51. Ponomarenko L.A., Schedin F., Katsnelson M.I., Yang R., Hill E.W., Novoselov K.S., Geim A.K. Chaotic dirac billiard in graphene quantum dots// Science. 2008. V.320. N.5874. P.356-358.

52. Elstner M., Porezag D., Jungnickel G., Eisner J., Haugk M., Frauenheim Т., Suhai S., Seifert G., Self-consistent-charge density-functional tight-binding method for simulations of complex materials properties // Phys. Rev. B. 1998. V.58. N. 11. P. 7260-7268.

53. Frauenheim Т., Seifert G., Elstner M., Niehaus Т., Kohler C., Amkreutz M., Sternberg M., Hajnal Z., Carlo A.D., Suhai S. Atomistic simulation of complex materials: ground-state and excited-state properties // J. Phys.: Condens. Matter. 2002. V. 14. N. 11. P.3015-3047.

54. Streett W.B., Tildesley D.J., Saville G. Multiple time-step methods in molecular dynamics// Mol Phys. 1978. V.35. N. 3. P. 639-648.

55. Хеерман Д.В. Методы компьютерного эксперимента в теоретической физике, Пер. с англ. /Под ред. С.А. Ахманова- М: Наука. Гл. ред. Физ-мат. лит., 1990.- 176 с.

56. Brenner D.W. Empirical potential for hydrocarbons for use in simulating the chemical vapor deposition of diamond films // Phys. Rev. B. 1990. V. 42. N. l.P. 1524.

57. Petukhov A.V., Fasolino A. Reconstructions of diamond (100) and (111) surfaces: Accuracy of the Brenner potential// Phys. Stat. Sol. (a). 2000. V. 181. N. 1. P. 109-114.

58. Robertson D.H., Brenner D.W., White C.T. Temperature-Dependent Fusion of Colliding C60 Fullerenes from Molecular Dynamics Simulations// J. Chem. Phys. 1995. V. 99. N. 43. P. 15721-24.

59. Jones J.E. On the determination of molecular fields. II. From the equations of state of a gas // Proc. R. Soc. Lond. A. 1924. V.106. N. 738. P. 463-477.

60. Maruyama S., Kimura T. Molecular dynamics simulation of hydrogen storage in single-walled carbon nanotubes // 2000 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exhibit. 2000.

61. Burkert U., Allinger N.L. Molecular mechanics// American Chemical Society, Washington, USA. 1982. P. 339.

62. Gale J.D., Rohl A.L. The General Utility Lattice Program// Mol. Simul. 2003. V. 29. N. 5. P. 291-341.

63. Aradi B., Hourahine B,, Frauenheim Th. DFTB+, a sparse matrix-based implementation of the DFTB method// J. Phys. Chem. A..2007. V. 111. N.26. P. 5678-5684

64. Koehler C., Frauenheim Th. Molecular dynamics simulations of CFx (x = 2, 3) molecules at Si3N4 and Si02 surfaces// Surf. Sci. 2003. V. 600. N. 2. P. 453-460.

65. Henkelman G., Johannesson G., Jonsson H. Methods for Finding Saddle Points and Minimum Energy Paths// Progress on Theoretical Chemistry and Physics, Ed. S. D. Schwartz. Kluwer Academic Publishers 2000. P.269-300.

66. Kirkpatrick K.S., Gelatt C.D., Vecchi M.P. Optimization by simulation annealing// Science. 1983. V. 220. N. 4598. P. 671-680.

67. Ballone P., Milane P. Simulated annealing of carbon clusters // Phys. Rev. B. 1991. V. 42. N. 2. P. 3201-3204.

68. Lu PI., Zhao Y.-J., Yang X.-B., Xu H. Theoretical investigation of structural stability and electronic properties of hydrogenated silicon nanocrystals: size, shape, and surface reconstruction // Phys. Rev. B. 2012. V.86, N.8. P.085440-7.

69. http://www.cs.cmu.edu/~quake-papers/painless-coniugate-graclient.pdf , An Introduction to the Conjugate Gradient Method Without the Agonizing Pain by Jonathan Richard Shewchuk.

70. Dresselhaus M., Dresselhaus H., Rao A. Carbon Nanotubes: Advanced Topics in the Synthesis, Structure, Properties and Applications // Springer. New York. 2008.

71. Li X., Wang X., Zhan L., Lee S., Dai H. Chemically Derived, Ultrasmooth Graphene Nanoribbon Semiconductors //Science. 2008. V. 319. N. 5867. P. 12291232.

72. Akhukov M.A., Yuan S., Fasolino A., Katsnelson M.I. Electronic, magnetic and transport properties of graphene ribbons terminated by nanotubes // New J. Phys. 2012. V. 14. N. 12. P. 123012(11)

73. Ivanovskaya V.V., Zobelli A., Wagner P., Heggie M.I., Briddon P.R., Rayson M.J., Ewels C.P. Low-Energy Termination of Graphene Edges via the Formation of Narrow Nanotubes// Phys. Rev. Lett. 2011. V. 107. N. 4. P. 065502-5.

74.Artyukh A.A., Chernozatonskii L.A., Sorokin P.B. Mechanical and Electronic Properties of Carbon Nanotube - Graphene Compounds // Phys. Status Solidi B. 2010. V.247. N.l 1-12. P.2927-2930.

75.Krishnan A., Dujardin E., Ebbesen T.W., Yianilos P.N., Treacy M.M.J. Young's modulus of single-walled nanotubes // Phys. Rev. B. 1998. V. 58. N. 20. P. 1401314019. |

76. Wong E.W., Sheehan P.E., Lieber C.M. Nanobeam Mechanics: Elasticity, Strength, and Toughness of Nanorods and Nanotubes // Science. 1997. V. 277. N.5334. P. 1971-1975.

77. Salvetat J.P., Briggs G.A.D., Bonard J.M., Bacsa R.R., Kulik A.J., Stockli T., Burnham N. A., Forró L. Elastic and Shear Moduli of Single-Walled Carbon Nanotube Ropes//Phys. Rev.Lett. 1999. V. 82. N. 5. P. 944-947.

78.Tombler T.W., Zhou C., Kong J., Alexseyev L., Kong J., Dai H., Liu L., Jayanthi C.S., Tang M., Wu S.Y. Reversible electromechanical characteristics of carbon nanotubes under local-probe manipulation // Nature. 2000. V. 405. P. 769-772.

79. Muster J., Burghard M., Roth S., Duesberg G.S., Hernández E., Rubio A. Scanning force microscopy characterization of individual carbon nanotubes on electrode arrays //Journal of Vacuum Science and Technology B. 1998. V. 16. N. 5. P. 2796-2801.

80.Lourie О., Wagner H.D. Evaluation of Young's Modulus of Carbon Nanotubes by Micro-Raman Spectroscopy//Journal of Materials Research. 1998. V. 13. N. 9. P. 2418-2422.

81.Heino P., Häkkinen H., Kaski К. Molecular-dynamics study of copper with defects under strain// Phys. Rev. B. 1998. V.58. N.2. P. 641-652.

82. Lide D. R. (Ed.) CRC Handbook of Chemistry and Physics, 75th Edition (CRC Press, Inc., USA). 1994.

83. Yakobson B.I., Brabec C.J., Bernholc J. Nanomechanics of Carbon Tubes: Instabilities beyond Linear Response// Phys. Rev. Lett. 1996. V. 76. N. 14. P. 25112514.

84. Osawa E. (Ed.) Perspectives of fullerene nanotechnology (Springer Nettherlands). 2002.

85. Sariciftci N. S., Braun D., Zhang C., Srdanov V.l., Heeger A.J., Stucky G., Wudl F. Semiconducting polymer - buckminsterfullerene heterojunctions: Diodes, photodiodes, and photovoltaic cells // Appl. Phys. Lett. 1993. V. 62. N. 6. P. 585-587.

86. Чернозатонский JI.А., Артюх A.A., Демин В.А. Квазиодномерные фуллерен-нанотрубные структуры: строение, энергетика образования и электронные свойства // Письма в ЖЭТФ. 2013. Т.97. N.2. С. 119-126.

87. Википедия Свободная энциклопедия http://ru.wikipedia.org/, статья Технология Ленгмюра — Блоджетт.

88. Li Y., Sun F., Li H. Helical Wrapping and Insertion of Graphene Nanoribbon to Single-Walled Carbon Nanotube//J.Phys. Chem C. 2011. V. 115. N. 38. P. 1845918467.

89. Miyamoto Y., Rubio A., Berber S., Yoon M., Tomanek D. Spectroscopic characterization of Stone-Wales defects in nanotubes // Phys. Rev. B. 2004. V.69. N. 12. P.121413R 1-4.

90. Li L., Reich S., Robertson J. Defect energies of graphite: Density-functional calculations//Phys. Rev. В . 2005. V. 72. N. 18. P. 184109-8.

91. Kotakoski J., Meyer J. C., Kurasch S., Santos-Cottin D., Kaiser U., Krasheninnikov A. V. Stone-Wales-type transformations in carbon nanostructures driven by electron irradiation // Phys. Rev. B. 2011, V. 83. N. 24. P. 245420-5.

92. Erickson R.O. Tubular Packing of Spheres in Biological Fine Structure// Science. 1973. V. 181. N. 4101. P. 705-716.

93. Saito R., Dresselhaus G., Dresselhaus M. S. Physical properties of carbon nanotubes// Imperial College Press. 1998.

94. Чернозатонский Jl.A. Новый класс диоксидных нанотруб МОг (М = Si, Ge, Sn, Pb) из ^ квадратных" решеток атомов - их структура и энергетические характеристики// Письма в ЖЭТФ. 2004. Т.80 N. 10. С.732-736.

95. Kroto Н. W., Heath J. R., O'Brien S. С., Curl R. F., Smalley R. E. C60: Buckminsterfullerene // Nature. 1985. V. 318. P. 162 - 163.

96. Eklund P.C., Rao A.M. (Ed.) Fullerene polymers and fullerene polymer composites// Springer, Berlin, 2000.

97. Heiney P.A., Vaughan G. В. M., Fischer J.E., Coustel N., Cox D. E., Copley J.R. D., Neumann D. A., Kamitakahara W. A., Creegan К. M., Cox D. M., McCauley J. P., Smith J. A. B. Discontinuous volume change at the orientational-ordering transition in solid C60 // Phys. Rev. B. 1992. V. 45. N. 8. P. 4544-47.

98. Johnson R.D., Yannoni C.S., Dorn H.C., Salem J.R., Bethune D.S. C60 Rotation in the Solid State: Dynamics of a Faceted Spherical Top // Science. 1992. V.255.N. 5049. P. 1235-1238.

99. Mann D. Synthesis of carbon nanotube // In M.J O'Connell (Ed.) Carbon Nanotubes: Properties and Applications. Menlo Park, Calif. :Taylor and Francis, 2006

100. Lu C., Liu J. Controlling the Diameter of Carbon Nanotubes in Chemical Vapor Deposition Method by Carbon Feeding// J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. N. 41. P. 20254-20257.

101. Bachilo S. M,, Balzano L., Herrera J.E., Pompeo F., Resasco D.E., Weisman R.B. Narrow (n,m)-Distribution of Single-Walled Carbon Nanotubes Grown Using a Solid Supported Catalyst // J. Am. Chem. Soc. 2003. V. 125. N. 37. P. 11186-87.

102. Paillet M., Meyer J.C., Michel Т., Jourdain V., Poncharal P., Sauvajol J.-L., Cordente N., Amiens C., Chaudret В., Roth S., Zahab A. Selective growth of large chiral angle single-walled carbon nanotubes// Diamond & Related Materials. 2006. V. 15. N. 4-8. P. 1019-1022.

103. Zhu Z., Jiang H., Susi Т., Nasibulin A.G., Kauppinen E. I. The Use of NH3 to Promote the Production of Large-Diameter Single-Walled Carbon Nanotubes with a Narrow (n,m) Distribution//J. Am. Chem. Soc. 2011. V. 133. N. 5. P. 1224-1227.

104. D.Orlikowski, M. B. Nardelli, J. Bernholc, C. Ronald Theoretical STM signatures and transport properties of native defects in carbon nanotubes // Phys. Rev. B. 2000. V.61. N. 20. P. 14194-14203.

105. Rotello V.M., Howard J.B., Yadav T., Conn M.M., Viani E., Giovane L.M., Lafleur A.L., Isolation of fullerene products from flames: Structure and synthesis of the C60-cyclopentadiene adduct// Tetrahedron Lett.. 1993. V.34. N. 10. P.l 561-1562.

106. Murata Y., Kato N., Fujiwara K., Komatsu K. Solid-State [4 + 2] Cycloaddition of Fullerene C60 with Condensed Aromatics Using a High-Speed Vibration Milling Technique// J.Org. Chem. 1999. V.64. N. 10. P. 3483-3488.

107. Smith A.B., Strongin R.M., Brard L., Fürst G.T., Romanow W.J., Owens K.G., King R.C. 1,2-Methanobuckminsterfiillerene (C61H2), the parent fullerene cyclopropane: synthesis and structure//J. Am. Chem. Soc. 1993. V. 115. N. 13. P. 5829-5830.

108. Mestres J., Duran M., Sola M. Theoretical Study of Diels-Alder Cycloadditions of Butadiene to C70. An Insight into the Chemical Reactivity of C70 as Compared to C60//J. Phys. Chem. 1996. V. 100. N.18. P.7449-7454.

109. Kawasaki S., Hara T., Yokomae T., Okino F., Touhara H., Kataura H., Watanuki T., Ohishi Y. Pressure-polymerization of C60 molecules in a carbon nanotube// Chem. Phys. Lett. 2006. V.18. N. 1-3. P. 260-263.

110. Okada S., Otani M., Oshiyama A. Electron-state control of carbon nanotubes by space and encapsulated fullerenes // Phys. Rev. B. 2003. V. 67. N. 20. P. 205411-5.

111. Kolin W., Meir Y., MakarovD. E. van der Waals Energies in Density Functional Theory//Phys. Rev.Lett. 1998. V. 80. N. 19. P. 4153-6.

112. Setyawan W., Curtarolo S. High-throughput electronic band structure calculation: challenges and tools, Comp. Mat. Sei. 2010. V. 49. N. 2. P. 299-312.

113. Ven Katesan K. Biomolecular photoreactions in crystals Photochemistry in organized and constrained media (ed. V. Ramamurthy VCH, New York), Chapter 4, 133. 1991.

114. Sheka E. Fullerenes // CRC Press USA. 2010.

115. Sundqvist B. Fullerenes under high pressures // Adv. Physics. 1999. V. 48. N. 1. P.l-134.

116. Kotakoski J., Meyer J. C., Kurasch S., Santos-Cottin D., Kaiser U., Krasheninnikov A.V. Stone-Wales-type transformations in carbon nanostructures driven by electron irradiation// Phys. Rev. B. 2011. V. 83. N. 24. P. 245420-5.

117. Murugavel P., Narayana C., Govindaraj A., Sood A. K., Rao C.N. R. Brillouin scattering from C70 and C60 films: a comparative study of elastic properties// Chem. Phys. Letters. 2000. V. 331. N. 2^1. P. 149-153.

118. Бланк В.Д., Левин B.M., Прохоров B.M., Буга С.Г., Дубицкий Г.А., Серебряная Н.Р. Упругие свойства ультратвердых фуллеритов // ЖЭТФ. 1998. т. 114. вып. 4(10). 1365-1374.

119. Reimann S.M., Manninen М. Electronic structure of quantum dots// Reviews of modern physics. 2002. V. 74. N. 4. P. 1283-1342.

120. Baskoutas S., Terzis A.F. Size-dependent band gap of colloidal quantum dots // J. Appl. Phys. 2006. V. 99. N. 1. P. 013708 (4).

121. Chernozatonskii L.A., Sorokin P.B., Bruning J.W. Two-dimensional semiconducting nanostructures based on single graphene sheets with lines of adsorbed hydrogen atoms //Appl. Phys. Lett. 2007. V. 91. N. 18. P. 183103 (3).

122. Marchand M., Journet C., Guillot D., Benoit J.-M., Yakobson В. I., Purcell S.T. Growing a Carbon Nanotube Atom by Atom: "And Yet It Does Turn"// Nano Letters. 2009. V. 9. N. 8. P. 2961-2966.

123. Астахова Т.Ю., Виноградов Г.А., Турин О.Д., Менон М. Влияние локальных напряжений на реакционную способность углеродных нанотруб// Известия академии наук. Серия химическая. 2002. V. 5. Р.704-708.

124. Haddon R.C. С60: Sphere or Polyhedron?// J. Am. Chem. Soc. 1997. V. 119. P. 1797-1798.

125. Bao W., Miao F., Chen Z., Zhang H., Jang W., Dames C., Lau C.N. Controlled ripple texturing of suspended graphene and ultrathin graphite membranes // Nature Nanotechnology. 2009. V. 4. N. 9. P. 562-566.

126. Neek-Amal M., Peeters F.M. Graphene nanoribbons subjected to axial stress// Phys. Rev. B. 2010. V. 82. N. 8. P.085432-7.

127. Huang M., Pscal T.A., Kim H., Goddard W.A., Greer J.R. Electronic-Mechanical Coupling in Graphene from in situ Nanoindentation Experiments and Multiscale Atomistic Simulations// Nano Lett. 2011. V. 11. N. 3. P. 1241-1246.

128. Dawlaty J.M., Shivaraman S., Chandrashekhar M., Rana F., Spencer M. G. Measurement of ultrafast carrier dynamics in epitaxial graphene //Appl. Phys. Lett. 2008. V. 92.N.4. P. 042116(3).

129. Опенов Jl.A., Подливаев А.И. Спонтанная регенерация атомарно резкой границы раздела графен/графан при термическом разупорядочении// Письма в ЖЭТФ. 2009. Т. 90. В. 6. С. 505-509.

130. Ао Z.M., Hernández-Nieves A.D., Peeters F.M., Li S. Enhanced stability of hydrogen atoms at the graphene/graphane interface of nanoribbons // Appl. Phys. Lett. 2010. V. 97. N. 23.P. 233109 (3).

131. Timoshenko S.P., Gere J.M., Hill M. Theory of elastic stability// International book company. 1985.

132. Bieri M., Treier M., Cai J., A'it-Mansour K., Ruffieux P., Groning O., Groning P., Kastler M., Rieger R., FengX., Miillen K., Fasel'ac R. Porous graphenes: two-dimensional polymer synthesis with atomic precision// Chem. Commun. 2009. V. 45. P. 6919-6921.

133. Tada K., Haruyama J., Yang H. X., Chshiev M., Matsui Т., Fukuyama H. Ferromagnetism in Hydrogenated Graphene Nanopore Arrays// Phys.Rev.Lett. 2011. V. 107. P. 217203-7.

134. Немухин A.B. Компьютерное моделирование в химии // Соросовский образовательный ж. 1998. N.6. С. 48-52.

135. Ковалев В.Л., Якунчиков А.Н. Прямое численное моделирование адсорбции водорода углеродными наноструктурами// Труды Семинара по вычислительным технологиям в естественных науках. Вып. 1. Вычислительная физика / Под ред. Р. Р. Назирова.— М. : КДУ, 2009.— 288 с. С. 30-38.

136. Грайфер Е.Д., Макотченко В.Г., Назаров А.С., Ким С.-Дж., Федоров В.Е., Графен: химические подходы к синтезу и модифицированию// Успехи химии. 2011. Т. 80. В. 8. С. 784-804.

137. Lin Y., Ding F., Yakobson В. I. Hydrogen storage by spillover on graphene as a phase nucleation process // Phys. Rev. B. 2008. V.78. N. 4. P. 041402-6(R).