Управление свойствами полупроводниковых одностенных углеродных нанотрубок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат наук Богданова, Дарья Александровна

• Богданова, Дарья Александровна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Богданова, Дарья Александровна

Содержание

Введение

Глава 1. Способы управления электрическими свойствами углеродных нанотрубок

1.1. Структура углеродных нанотрубок. Металлические и полупроводниковые ОУНТ

1.2. Возможности применения углеродных нанотрубок

1.3. Способы модификации электронной структуры и проводимости углеродных нанотрубок. Легирование, адсорбция и

инкапсулирование

1.4. Хемосорбция, адсорбция и легирование: водород, азот и кислород на углеродных нанотрубках

1.4.1. Водород

1.4.2. Азот

1.4.3. Кислород

Глава 2. Моделирование свойств одностенных углеродных

нанотрубок

2.1. Моделирование ОУНТ различной длины и хиральности. Исследование зависимости НОМО-ШМО энергетической щели нанотрубок от их длины и диаметра

2.1.1. Отклонение свойств реальных углеродных нанотрубок от рассчитанных для идеальных бесконечных ОУНТ

2.1.2. Выводы к разделу 2.1

<к

2.2. Хемосорбции водорода и ее влияние на свойства одностенных углеродных нанотрубок

2.2.1. Оптимизация геометрии при внутренней и внешней хемосорбции водорода

2.2.2. Энергия хемосорбции водорода на ОУНТ

2.2.3. Энергия деформации ОУНТ при хемосорбции водорода

2.2.4. НОМО-ЬиМО-щель в случае водородной хемосорбции на ОУНТ

2.2.5. Влияние водородной хемосорбции на проводимость одностенных углеродных нанотрубок

2.2.6. Возможности использования хемосорбции для хранения водорода в углеродных нанотрубках

2.3. Влияние хемосорбции кислорода и азота на свойства одностенных углеродных нанотрубок

2.3.1. Моделирование хемосорбции азота на одностенных углеродных нанотрубках

2.3.2. Моделирование хемосорбции кислорода на одностенных углеродных нанотрубках

2.3.3. Выводы к разделу 2.3

2.4. Нанотрубки с дефектами Стоуна-Уэйлса и хемосорбция водорода на них

2.4.1. Моделирование нанотрубки с дефектами Стоуна-

Уэйлса

2.4.2. Хемосорбция водорода на нанотрубке с дефектами Стоуна-Уэйлса

2.4.3. Хемосорбция азота на нанотрубке с дефектами Стоуна-Уэйлса

2.4.4. Выводы к разделу 2.4

Глава 3. Кинетика десорбции с углеродных нанотрубок

3.1. Решение уравнения десорбции

3.2. Анализ экспериментальных TDS-спектров водорода

3.3. Анализ экспериментальных TDS-спектров кислорода

Глава 4. Спин-триплетная молекула внутри углеродной нанотрубки

4.1. Модель

4.2. Сохраняющиеся величины

4.3. Точное решение для случая М= 0 в отсутствии внешнего магнитного поля (7/0=0)

4.4. Теория возмущений для случая ненулевого внешнего магнитного поля. М=0, ±1

4.4.1.Состояние М= 0

4.4.2.Состояние М=± 1

4.5. Поиск решения в виде разложения по сферическим

гармоникам

4.5.1. Состояние М=0

4.5.2. Состояние М= ±1

4.5.3. Матрица Гамильтониана для произвольного М> 1

з

4.6. Правила отбора при ЭПР переходе

4.7. Исследуемая система как симметричный волчок

4.8. Итоги главы 4

Заключение

Библиография

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Управление свойствами полупроводниковых одностенных углеродных нанотрубок»

Введение.

Актуальность диссертационного исследования обусловлена следующими факторами.

Углеродные нанотрубки (УНТ) являются перспективным материалом с широким спектром потенциального использования: от наноэлектроники до водородной энергетики и медицины. В области наноэлектроники УНТ открывают новые пути модификации современных СБИС (сверхбольших интегральных схем), новые возможности формирования Зё-структур на планарных интегральных схемах. УНТ делают возможным создание сверхминиатюрных полевых транзисторов [27,28], выпрямляющих диодов [29], электромеханических ключей [30], эмиттеров [36,40] и логических элементов [32]. В этой области адсорбция на нанотрубках различных веществ имеет принципиальное значение, так как является одним из наиболее эффективных способов управления свойствами УНТ, сопоставимым с легированием. При этом хемосорбция на одностенных углеродных нанотрубках (ОУНТ) может рассматриваться как поверхностное легирование, т.к. может менять электронную структуру нанотрубок и образовывать с ними сильные ковалентные (или ионные) связи [76,114,121]. Особый практический интерес представляет тот факт, что она может быть использована как механизм управления шириной запрещенной зоны. (В частности, адсорбция может "переводить" металлическую нанотрубку в полупроводниковую). Это может быть использовано, к примеру, для создания гетероструктур типа металл-полупроводник или полупроводник-полупроводник. Для управления свойствами УНТ может использоваться адсорбция таких веществ как кислород [126,127], азот [113] и водород [84,114]. Причем, в случае водорода, хемосорбция оказывает значительно большее влияние на свойства нанотрубок, чем физическая адсорбция, предоставляя более широкий круг возможностей для их модификации. Для

наноэлектроники также большой интерес представляет инкапсулирование молекул внутри углеродных 'клеток', которое может рассматриваться как особый вид легирования. Внедрение молекул или молекулярных систем внутрь наногрубок позволяет изменять свойства последних. К примеру, существуют молекулы, которые, будучи помещенными внутрь УНТ, могут менять ее проводимость [156]. Это весьма перспективно не только для создания элементов интегральных наносхем, но и элементов памяти. Магнитные фазы, инкапсулированные в УНТ, обладают высокой анизотропией. Такие системы могут быть намагничены/размагничены с помощью внешнего магнитного поля. И на их основе возможно конструирование магнитных сред с высокой плотностью записи [43,45]. Как еще одну важную область применения адсорбции на наноструктурах можно рассмотреть высокочувствительные хемосенсоры [11,12,20,126] (и как частный вид - биосенсоры [21]). Принцип их действия также основан на адсорбции, которая меняет электронные свойства УНТ.

Несмотря на большой интерес к наноматериалам, и в частности УНТ, в последние годы, адсорбция на нанотрубках все еще остается малоизученной областью. Недостаточно понятны ее механизмы, нет универсальной теоретической модели, а экспериментальные данные имеют очень большой разброс. (Это касается предельных емкостей накопления, электронной структуры, механизмов проводимости, энергетики адсорбции, ширины запрещенной зоны, переноса заряда и т.д.) Причина в том, что в большинстве случаев экспериментаторы имеют дело с образцами, в которых присутствует множество непрямых деформированных нанотрубок различного диаметра, длины и хиральности, с дефектами и примесями. Это сильно затрудняет интерпретацию экспериментальных результатов. В условиях же затрудненного экспериментального изучения особое значение приобретает теоретическое исследование, и, в частности, компьютерное моделирование адсорбции на УНТ.

Целью данной работы является теоретическое изучение влияния адсорбированных примесей на электронную структуру и свойства полупроводниковых однослойных углеродных нанотрубок.

Для достижения указанных целей необходимо решить следующие задачи:

- найти оптимальные конформации чистых и легированных (методами хемосорбции и инкапсулирования) однослойных углеродных нанотрубок; установить влияние длины и диаметра нанотрубок на ширину энергетической щели;

для регулярной хемосорбции водорода найти зависимость энергетических и адсорбционных характеристик от количества запасенного водорода; выяснить влияние водородной хемосорбции на ширину энергетической щели однослойных углеродных нанотрубок;

- рассмотреть хемосорбцию кислорода и азота на ОУНТ, выявить ее влияние на энергетические спектры и проводимость нанотрубок;

- определить влияние дефектов Стоуна-Уэйлса на водородную и азотную хемосорбцию;

- разработать теоретическую модель, позволяющую описать спин-триплетную молекулу инкапсулированную внутри узкого нанотрубочного канала, и указать способы ее экспериментального изучения.

Научная новизна результатов работы:

В работе впервые:

- системно исследована регулярная (вдоль оси нанотрубки) внутренняя и внешняя хемосорбция водорода на полупроводниковых однослойных углеродных нанотрубках конечной длины; рассчитаны зависимости ширины НОМО-ЬиМО энергетической щели [157], энергий адсорбции и деформации

ОУНТ от количества хемосорбированного водорода для широкого ряда наиотрубок конечной длины различного диаметра и хиральности;

- установлено, что хемосорбированный водород в большинстве случаев увеличивает ширину НОМО-ЬиМО щели ОУНТ, но может и уменьшать ее при некоторых плотностях водородного покрытия и некоторых значениях индексов хиральности трубки; выявлено, что ОУНТ может быть целиком покрыта слоем хемосорбированного водорода снаружи; установлено, что только нанотрубки с диаметром больше 0,54 нм могут хемосорбировать водород на внутренней поверхности;

установлено влияние хемосорбции азота и кислорода на энергетический спектр и проводимость полупроводниковых углеродных нанотрубок конечной длины с учетом мультиплегности состояния системы: хемосорбция одного атома азота на ОУНТ приводит к образованию полузаполненного "примесного" уровня в энергетическом зазоре нанотрубки, который может быть как донорным, так и акцепторным в зависимости от хиральности нанотрубки; хемосорбция двух атомов кислорода или азота на ОУНТ может как увеличивать, так и уменьшать проводимость нанотрубки в зависимости от ее хиральности;

- изучена регулярная хемосорбция водорода, а также единичная и двойная хемосорбция азота на нанотрубках с дефектами Стоуна-Уэйлса. Установлено, что наличие дефекта меняет величину ширины энергетической щели при адсорбции водорода, но не влияет на тенденцию ее увеличения при росте числа адсорбированных атомов Н; напротив, при хемосорбции азота наличие дефектов Стоуна-Уэйлса влияет на направление изменения энергетической щели, т.е. критично для В АХ в условиях реального эксперимента;

- разработана теоретическая квантово-механическая модель системы с обменным Гамильтонианом, описывающая поведение вращающейся спин-

триплетной молекулы, инкапуслированной в узком внутреннем пространстве углеродной нанотрубки; найдено точное решение для основного состояния системы в отсутствии внешнего магнитного поля; предложено подробное и достаточно универсальное разложение по сферическим гармоникам для возбужденных состояний системы в магнитном поле; найдены правила отбора для рассматриваемой системы при ЭПР переходах и рассчитана вероятность таких переходов. (ЭПР - электронный парамагнитный резонанс.) Т.о. предложена теоретическая модель, позволяющая анализировать экспериментальные данные.

На защиту выносятся следующие основные положения:

- все ОУНТ типа "зигзаг" и "кресло" с диаметрами от 0,33 до 0,95 нм и длиной до 2,5 нм демонстрируют ширину НОМО-ШЛУЮ щели, отвечающую полупроводниковому поведению; ширина энергетической НОМО-ЬиМО щели сильно зависит от длины, диаметра и хиральности ОУНТ;

- регулярная хемосорбция водорода на ОУНТ может приводить к ее призматическим модификациям, влияет на ширину энергетической НОМО-ЬиМО щели, увеличивая или уменьшая ее в зависимости от диаметра и харальности ОУНТ, а также плотности водородного покрытия;

- хемосорбция кислорода и азота на ОУНТ конечной длины сильно влияет на энергетический спектр нанотрубки, может приводить к появлению у нее донорных или акцепторных состояний, значительно увеличивать или уменьшать проводимость в зависимости от хиральности и диаметра нанотрубки;

- наличие дефектов Стоуна-Уэйлса сильно влияет на изменение ширины энергетической щели ОУНТ (а, следовательно, и ВАХ) при водородной и азотной хемосорбции; это влияние особенно критично в случае хемосорбции азота;

- спин-триплетная молекула, которая может вращаться, будучи инкапсулированной внутри узкой углеродной нанотрубки, может быть изучена с помощью ЭПР.

Научная и практическая значимость результатов и их воспроизводимость. Установлен ряд новых закономерностей, позволяющих точнее интерпретировать экспериментальные данные нанотрубок, обработанных водородом, азотом и кислородом. Показано, что регулярная хемосорбция водорода в большинстве случаев уменьшает проводимость ОУНТ, но может и увеличивать ее (при определенной хиральности нанотрубки и некоторых плотностях водородного покрытия), что может быть использовано для создания водородных сенсоров на основе ОУНТ. Показано, что хемосорбция азота и кислорода на ОУНТ может давать стабильные соединения, и даже небольшие количества подобных примесных атомов могут сильно менять проводимость нанотрубки, как увеличивая, так и уменьшая ее, вызывая проводимость п- и р-типов в зависимости от хиральности, что позволяет использовать такую хемосорбцию как способ управления свойствами ОУНТ (для различных элементов наноэлектроники и химических сенсоров). Показано, что наличие дефектов Стоуна-Уэйлса влияет количественно на регулярную водородную хемосорбцию, и не только количественно, но и качественно на хемосорбцию азота. Для инкапсулированной в ОУНТ спин-триплетоной молекулы разработана общая модель, позволяющая с желаемой степенью точности рассчитывать ее энергетический спектр, и показана возможность исследования такой эндоэдрической системы с помощью ЭПР.

Также показано, что регулярная хемосорбция водорода на ОУНТ может давать большие емкости накопления (в массовых процентах), что делает ее более перспективной с точки зрения создания "контейнеров" для водородного топлива.

Достоверность полученных результатов подтверждается хорошим согласованием с теоретическим результатами других исследователей (там, где это сравнение возможно) [87,88,92,121,131,142-144], с рядом экспериментально наблюдаемых закономерностей

[83,84,113,124,126,127,154], с экспериментальными данными спектров термодесорбции, воспроизводимостью результатов исследования.

Личный вклад автора. Все основные расчетные результаты диссертации и их анализ были осуществлены автором лично. При использовании результатов других авторов или полученных в соавторстве даются соответствующие ссылки на источник. Постановка задачи исследования и обсуждение результатов были проведены совместно с научным руководителем - д.ф.-м.н., профессором C.B. Булярским.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования представлены в форме публикаций и научных докладов, и получили положительную оценку на Международной конференции "Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы" (Ульяновск, 2013 гг.), а также в ходе выступлений на семинарах кафедры. Материалы диссертации использованы в научной работе по гранту №1448 программы Минобрнауки РФ "Развитие научного потенциала высшей школы".

Публикации: по материалам диссертации опубликована одна научная статья в журнал из списка ВАК, а также 7 тезисов научных конференций и 5 статей в научных сборниках.

Диссертация состоит из: введения, четырех глав, заключения и списка литературы; объем диссертации - 143 страницы, число рисунков - 43, число таблиц - 14, библиография содержит 162 наименования.

Глава 1. Способы управления электрическими свойствами углеродных нанотрубок.

На данный момент углеродные нанотрубки (УНТ) являются одним из самых перспективных и интересных классов веществ. Причиной тому является широкий спектр их электрических, оптических, механических и магнитных свойств [1,2].

Одним из наиболее многообещающих свойств углеродных нанотрубок (и других близких классов наноматериалов) является возможность адсорбирования в них различных атомов, молекул и молекулярных комплексов [2,3]. Это свойство интересно как само по себе - с точки зрения его практического применения, так и опосредованно - как способ дальнейшего модифицирования свойств нанотрубок.

1.1. Структура углеродных нанотрубок. Металлические и полупроводниковые ОУНТ.

Однослойные/одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) без дефектов можно представить как результат сворачивания графенового листа в цилиндрическую поверхность. В зависимости от расположения шестичленных циклов относительно оси цилиндра трубки характеризуются двумя целыми числами (n,m) - индексами хиралыюсти. Диаметр нанотрубки

однозначно задается через пит как [4]: D = л/т2 +п2 + тп —~, где d0 =

1,42 Á. Существует следующая классификация ОУНТ. Одностенная

углеродная нанорубка, у которой параллельные стороны углеродных

шестиугольников параллельны ее оси называется трубкой типа "zigzag"

(«зигзаг») (характеризуется индексами (п,0)); трубка, у которой

12

параллельные стороны углеродных шестиугольников перпендикулярны ее оси называется трубкой типа "armchair" («кресло») (индексы - (п,п)). Эти два класса вместе составляют класс ахиральных ОУНТ. Трубки, у которых шестиугольники расположены по спирали - хиральные. Электронные свойства ОУНТ зависят от их хиралыюсти. Так, например, известные расчеты на основе модели сильной связи с использованием плоской элементарной ячейки [5-9] показали, что электрические свойства и зонная структура идеальных бесконечных ОУНТ определяются их индексами хиральности (n,m), а именно: все ОУНТ типа зигзаг (п,п) и все ОУНТ с |n-m| кратным трем обладают металлической проводимостью (нулевой запрещенной зоной). Самая распространенная структура многослойный углеродных нанотрубок (МУНТ) - УНТ типа матрешки: совокупность коаксиально вложенных друг в друга однослойных цилиндрических нанотрубок, со среднем расстоянием 3,4 А между соседними графитовыми слоями.

Свойства УНТ, прежде всего, зависят от природы химической связи между атомами углерода. Поскольку углеродная нанотрубка может быть представлена как свернутый в цилиндр графитовый лист, очевидно, что типы связей этих структур подобны. Конфигурация электронных оболочек атома

2 2 2 9

углерода - Is 2s 2р . В графите происходит sp -гибридизация электронных оболочек, т. е. объединение одной s-орбитали и двух р-орбиталей, дающее в

-у

результате три sp -гибридизованные орбитали, повернутые друг относительно друга на 120° (Рисунок 1.1). Лежащие в плоскости а-связи отвечают за сильное ковалентное связывание между атомами, а тс-связи, расположенные нормально - за слабое взаимодействие между слоями графита [10].

Рисунок 1.1. Графитовый слой. Схематическое представление химической связи между атомами углерода [10].

Конфигурация сохраняет сходный вид и при сворачивании графитового листа в цилиндр, хотя энергетика системы меняется из-за кривизны. При этом, "торчащие" перпендикулярно поверхности одностенной нанотрубки %-связи позволяют присоединять к ней различные атомы и молекулы. С этим свойством связано много перспективных практических применений ОУНТ.

1.1. Возможности применения углеродных наногрубок.

Уникальные свойства УНТ открывают широкие возможности для их применения, от молекулярных биосенсоров до элементов углеродной наноэлектроники.

Высокая чувствительность электронных характеристик УНТ (и, в первую очередь, их электросопротивления) к присутствию присоединенных атомов и молекул на их поверхности и внутри трубочных каналов, а также большая величина удельной поверхности делают УНТ перспективной основой для создания сверхминиатюрных химических сенсоров. Принцип работы химического сенсора, основанного на единичной ОУНТ, базируется на изменении ее ВАХ в результате сорбции определенных молекул или атомов на ее поверхности [11-20]. Главный вопрос, который нужно решить при конструировании такого сенсора: как именно тот или иной адсорбат меняет электронные свойства ОУНТ. Важная разновидность химических

сенсоров - биосенсоры, реагирующие на присоединение ферментов, антител, нуклеиновых кислот и т.д. и созданные для биодиагностики [21-23]. Для усиления сигнала таких сенсоров может использоваться система параллельных ОУНТ. Однако, практическое применение таких систем имеет ряд трудностей из-за несовершенства технологий выращивания ОУНТ пучков. Стоит также отметить, что сенсорные качества ОУНТ могут быть улучшены с помощью азотного легирования, которое делает стенки нанотрубок активными [24].

Так как ОУНТ могут демонстрировать как металлическое, так и полупроводниковое поведение, на их основе могут быть сконструированы различные сверхминиатюрные элементы наноэлетроники (полевые транзисторы, диоды, логические элементы, эмиттеры и т.д.). Известно, что проводимость трубки зависит от ее хиральности [5-9], а также может меняться под влияние заместительного легирования, адсорбции или инкапсулирования определенных элементов [83,84,113,126,127,156]. Потому локальная модификация ОУНТ позволяет получить р-п-переход или контакт металл-полупроводник даже в пределах одной нанотрубки. К примеру, в работе [25] теоретически показано, что введение в ОУНТ локального дефекта создает "стык" металлической и полупроводниковой областей. Эти дефекты можно ввести как в процессе роста, так и приложив к трубке механическое напряжение [26].

На основе ОУНТ были разработаны конструкции полевых транзисторов, в которых легированные полупроводниковые нанотрубки ведут себя как п- и р-каналы, проводя или запирая ток в зависимости от напряжения затвора [27,28]. Для УНТ в таких приборах удалось получить модуляцию проводимости и большие плотности пропускаемого тока [27].

Благодаря свойству пучков УНТ задавать преимущественное

направление прохождения тока, на их основе может быть создан

выпрямляющий диод. В работе [29] авторы реализовали такой выпрямитель

15

на практике, получив для него коэффициент преобразования мощности переменного тока в постоянный около 20% при частотах ниже 200 Гц и плавно спадающий в диапазоне от 200 до 1000 Гц.

Авторы работы [30] представили электромеханический ключ, созданный на основе УНТ. На подложке с использованием катализатора были выращены три МУНТ. На электроды, соединенные с каждой нанотрубкой, подавалось определенное напряжение. Нанотрубка-"исток" была заземлена, а нанотрубка-"сток" - положительно заряжена. Третья нанотрубка-"затвор" располагалась близко к стоку. При повышении напряжения на затворе сила электростатического отталкивания приводила к отклонению нанотрубки-"стока" в сторону нанотрубки-"истока". При их соприкосновении через устройство начинал протекать ток. В зависимости от длины нанотрубок, они могут продолжать оставаться в замкнутом состоянии или разомкнуться, когда напряжение на затворе станет меньше порогового. (Длина трубок определяет соотношение между электростатическими силами и силами Ван-дер-Ваальса.)

Также показано, что на основе УНТ могут быть созданы инвертеры, логические элементы "0-1", выполняющие роль переключателей или элементов памяти [31,32].

На основе УНТ также могут быть созданы эмиттеры [40-42]. Причем наилучшие эмиссионные свойства демонстрируют однослойные нанотрубки [33,34]. Кроме того, эмиссионные свойства могут быть улучшены путем химического модифицирования ОУНТ, к примеру с помощью азотного легирования [35-39].

Такой специфический вид адсорбции как инкапсулирование внутри углеродных наноклеток также находит практическое применение. И не только в медицине, где нанотрубки могут использоваться для "экранирования" инкапсулированного элемента от внешней среды, но и в

наноэлектронике. В этом свете особо привлекательно выглядит заключение в ОУНТ ферромагнитных материалов [43-46]. Магнитные фазы, инкапсулированные в углеродной нанотрубке обладают высокой анизотропией. Такие системы могут быть намагничены/размагничены с помощью внешнего магнитного поля. И на их основе возможно конструирование магнитных сред с высокой плотностью записи.

Еще одно важное перспективное применение для УНТ - хранение водорода. Углеродные нанотрубки давно привлекают внимание в качестве потенциальных контейнеров для водородного топлива [53-55, 59-63].

Наконец, обладая свойством селективной адсорбции, УНТ могут служить "молекулярными сепараторами", разделяющими газовые смеси на составляющие. К примеру, отделять азот от кислорода [47-49].

1.3. Способы модификации электронной структуры и проводимости углеродных нанотрубок. Легирование, адсорбция и инкапсулирование.

Итак, для создания электрохимических сенсоров необходимо понимание того, как влияет адсорбция (или инкапсулирование) определенных веществ на проводимость нанотрубки.

Для использования нанотрубок в качестве водородных "контейнеров" необходимо знать, как повысить весовые емкости запасенного в них водорода и каковы пределы этой емкости.

Для различных элементов наноэлектроники важно иметь нанотрубки с заданными параметрами. Остановимся на этом процессе поподробнее.

Влияние структуры. На свойства ОУНТ влияет их структура и морфология: хиральность, длина, диаметр, наличие открытых или закрытых концов и присутствие дефектов. Выращивание трубки с определенной

архитектурой позволило бы получить нужные в каждом случае свойствами. На данный момент, такого метода не существует, но техника выращивания УНТ и их очистки постоянно совершенствуется, и возможно это вопрос ближайшего будущего. Однако, во многом мы уже сейчас можем повлиять на структуру ОУНТ. Существуют эффективные методики, позволяющие вводить в УНТ дефекты [26], вскрывать закрытые концы и разрезать трубки, уменьшая их длину [50-52].

Легирование и инкапсулирование. В классической микроэлектронике для изменения электронных свойств материала в основном применяется легирование, т.е. введение легирующих примесей в объем образца. При введении примеси в массивы/пучки УНТ ее атомы могут внедряться в стенки отдельных трубок, занимать межтрубочные и внутритрубочные каналы. Здесь мы можем говорить об объемном легировании. В случае единичных ОУНТ определить понятие "легирование" несколько сложнее. ОУНТ представляет собой свернутый в цилиндр графитовый лист, т.е. сплошную поверхность. В качестве объемного легирования такого объекта можно принять введение примесей в полое внутреннее пространство нанотрубки. Т.е. для ОУНТ инкапсулирование может рассматриваться как вид объемного легирования. Более привычное нам легирование заместительного типа, когда один атом углеродной сети заменяется на атом примеси, в данном контексте, очевидно, следует рассматривать как поверхностное легирование.

Легирование и адсорбция. Заместительное легирование оказывает значительное влияние на электронную структуру, а, следовательно, и на проводимость, нанотрубок. Однако, им локальные способы модификации электронных свойств ОУНТ не исчерпываются. Подобного же эффекта на ОУНТ можно достичь с помощью адсорбции, которая может быть физической или химической (хемосорбция). К примеру, существуют эксперименты, показывающие, что даже невысокая по энергетике физическая адсорбция молекул кислорода и азота на УНТ меняет их проводимость.

Хемосорбция, при которой происходит образование новых ковалентных или ионных связей, адсорбента с нанотрубкой, является еще более мощным инструментом влияния на свойства ОУНТ. Даже водород, который в физадсорбированном виде практически не влияет на проводимость нанотрубок, будучи хемосорбированным, позволяет значительно изменить их сопротивление. Степень влияния хемосорбции на проводимость сравнима с влиянием легирования, при этом в ряде случаев хемосорбцию легче реализовать на практике.

Легирование и хемосорбция. Разделение хемосорбции и легирования для ОУНТ можно считать до некоторой степени условным. И в первом, и во втором случае образуются новые химические связи адсорбата с углеродной сетью нанотрубки. При этом происходит значительное изменение электронного спектра и электронных свойств системы, имеет место перенос заряда. К примеру, для азота на ОУНТ широко известны два типа легирования со сходной энергетикой: первый - классическое заместительное (графитоподобное) легирование, второй - пиридиновое легирование, которое скорее представляет собой хемосорбцию атомов азота на дефекте ОУНТ. Хемосорбция примесных атомов может быть реализована как на внешней, так и на внутренней поверхности нанотрубки. В случае внутренней хемосорбции мы можем говорить даже об объемном легировании.

Физическая адсорбция и хемосорбция. Невозможно провести четкую границу между двумя видами адсорбции - хемосорбцией и физ-адсорбцией. К примеру, в большинстве случаев адсорбция водорода на УНТ демонстрирует энергии, промежуточные между типичными для физической и химической адсорбции. И все же обычно под физической адсорбцией понимают присоединение, при котором не происходит разрушения существующих и образования новых химических связей, а связь между адсорбатом и адсорбентом осуществляется посредством сил Ван-дер-Ваальса. Напротив, для хемосорбции характерно образование новых

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Богданова, Дарья Александровна, 2013 год

Список цитируемой литературы.

[1] Understanding Carbon Nanotubes From Basics to Applications / edited by Loiseau A. et al. - Berlin -Heidelberg: Springer, 2006 - 553 p.

[2] Tchernatinsky A., Nagabhirava В., Desai S., et al., Adsorption of Oxygen Molecules on Individual Carbon Single-walled Nanotubes // J. Appl. Phys. - 2006. - V.99, № 3, 034306.

[3] Ulbricht H., Moos G., Hertel Т., Physisorption of molecular oxygen on single-wall carbon nanotube bundles and graphite//2002, [arXiv:cond-mat/0204525].

[4] Елецкий, Ф. В., Углеродные нанотрубки // Успехи физических наук. - 1997. - Т. 167, № 9. - с. 945-972.

[5] Hamada N., Sawada S., Oshiyama A., New One-Dimensional Conductors: Graphitic Microtubules// Phys. Rev.Lett. - 1992. - V. 68, № 10. - p. 1579-1581.

[6] Saito R., Fujita M., Dresselhaus G., Dresselhaus M. S., Electronic structure of graphene tubules based on CM// Phys.Rev. Lett. В - 1992. - V. 46, № 3 - p. 1804-1811.

[7] White C.T., Robertson D.H., Mintmire J.W., Helical and rotational symmetries of nanoscale graphitic tubules // Phys.Rev. Lett. В - 1992. - V. 47, № 9 - p. 5485-5488.

[8] Yorikawa H., Muramatsu S., Electronic properties of semiconducting graphitic microtubules // Phys. Rev. Lett. В - 1994. - V. 50, № 16 - p. 12203-12206.

[9] Савинский С.С., Белослудцев А.В., Кондактанс однослойной углеродной нанотрубки в однопараметрической модели сильной связи // Физика твердого тела - 2004. - Т.46, № 7 . - с. 13331338.

[10] Qian D., Wagner G. J., Liu W. K. et al., Mechanics of Carbon Nanotubes // Appl. Mech. Rev. -2002. - V.55, № 6, p. 495-533.

[11] Loutfy R.O., Hecht M., Aligned Carbon-Nanotubes for Sensor Applications // Perspectives of Fullerene Nanotechnology edited by E. Osawa - Berlin - Heidelberg: Springer - 2002, p. 311 -316.

[12] Takeda S., Nakamura M., Ishii A., Subagyo A., Hosoi H., Sueoka K., Mukasa K., A pH sensor based on electric properties of nanotubes on a glass substrate // Nanoscale Research Letters - 2007. - V.2, № 4 -p. 207-212.

[13] Lii Sh., Voltammetric determination of nicotinic acid by glassy-carbon electrode modified with multiwall carbon nanotubes // Russian Journal of Electrochemistry - 2006. - V. 42, № 2 - p. 163-166.

[14] Krupke R., Hennrich F., Weber H. В., Beckmann D., Натре O., Malik S., Kappes M. M., Lohneysen H.V., Contacting single bundles of carbon nanotubes with alternating electric fields //Appl. Phys. A - 2003. - V.76, №3 - p. 397-400.

[15] Shahrokhian S., Amiri M., Voltammetric determination of thiocytosine based on its electrocatalytic oxidation on the surface of carbon-paste electrode modified with cobalt Schiff base complexes // J. Solid State Electrochem. - 2007. - V. 11, №8-p. 1133-1138.

[16] Heller M.J., Ozkan C.S., Ozkan M., Use of Electric Field Array Devices for Assisted Assembly of DNA Nanocomponents and Other Nanofabrication Applications // BioMEMS and Biomedical Nanotechnology edited by Heller M.J., Ozkan M. - Berlin - Heidelberg: Springer - 2007. - p. 137-159.

[17] Yang X., Lu Y., Ma Y., Liu Z., Du F., Chen Y., DNA electrochemical sensor based on an adduct of single-walled carbon nanotubes and ferrocene // Biotechnol Lett. - 2007. - V.29, № 11 - p. 1775-1779.

[18] Yazami R., Goncharova I. V., Plakhotnik V. N., Electrochemical Intercalation of PF6- and BF4- into Single-Walled Carbon Nanotubes // New Carbon Based Materials for Electrochemical Energy Storage Systems: Batteries, Supercapacitors and Fuel Cells edited by Barsukov I.V. et al. - Springer-Verlag New York, LLC - 2006. - p.277-283.

[19] Pethig R., Cell Physiometry Tools based on Dielectrophoresis // BioMEMS and Biomedical Nanotechnology edited by Heller M.J., Ozkan M. - Berlin - Heidelberg: Springer - 2007. - p. 103-126.

[20] Strano M.S., Duke C.A., Usrey M.L., Barone P.W., Allen M.J., Shan H., Kittrell C„ Hauge R.H., Tour J.M., Smalley R.E., Electronic Structure Control of Single-Walled Carbon Nanotube Functional ization //Science-2003 - V.301,№ 5639-p. 15191522.

[21] Yeung C.S., Chen Y.K., Wang Y.A., Defected and Substitutional^ Doped Nanotubes: Applications in Biosystems, Sensors, Nanoelectronics, and Catalysis // Carbon Nanotubes - Growth and Applications edited by Naraghi M. - Rijeka, Croatia: InTech - 2011 - p. 97-132.

[22] Huang S., Qu Y., Li R., Shen J., Zhu L., Biosensor based on horseradish peroxidase modified carbon nanotubes for determination of 2,4-dichlorophenol // Microchimica Acta - 2008. - V. 162, № 1/2, p. 261268.

[23] Balasubramanian K., Burghard M., Biosensors based on carbon nanotubes // Anal. Bioanal. Chem. -2006. - V. 385, № 3 - p.452-468.

[24] Villalpando-Paez F., Romero A., Munoz-Sandoval E., Martinez L., Terrones H., Terrones M., Fabrication of vapor and gas sensors using films of aligned CNx nanotubes // Chem. Phys. Lett. - 2004. -V.386, №1-3 - p.137-143.

[25] Krivenko A. G., Komarova N. S., Electron injection from nanostructured carbon electrodes at moderate cathodic potentials // Russian Journal of Electrochemistry - 2007. - V. 43, № 10 - p. 11231126.

[26] Fuhrer M.S., Nygard J., Shih L., Forero M., Yoon Y.G., Choi H.J., Ihm J., Louie S.G., Zettl A., McEuen P.L., Crossed nanotube junctions // Science - 2000. - V. 288, № 5465 - p. 494-497.

[27] Wang S., Sellin P., Zhang Q., Yang D., Nonvolatile Memory from Single-walled Carbon Nanotube-based Field Effect Transistors // Current Nanoscience -

2005.- V.l, № 1 - p. 43-46.

[28] Li Y.F., Hatakeyama R., Kaneko Т., n-type and p-type double-walled carbon nanotube field-effect transistors based on charge-transfer modulation // Applied Physics A - 2007. - V.88, № 4 - p. 745-749.

[29] Mallick G., Griep M.H., Ajayan P.M., Kama S.P., Alternating current-to-direct current power conversion by single-wall carbon nanotube diodes // Appl. Phys. Lett. -2010. - V.96, № 23, 233109.

[30] Jang J.E., Cha S.N., Choi Y., Amaratunga G.A. J., Kang D. J., Hasko D. G„ Jung J. E., Kim J. M., Nanoelectromechanical switches with vertically aligned carbon nanotubes // Appl. Phys. Lett. - 2005. -V.87, № 16, 163114.

[31] Rueckes Т., Kim K., Joselevich E., Tseng G.Y., Cheung C.L., Lieber C.M., Carbon Nanotube-Based Nonvolatile Random Access Memory for Molecular Computing // Science - 2000. - V. 289, № 5476 - p. 94-97.

[32] Cui J.В., Sordan R., Burghard M., Kern K., Carbon nanotube memory devices of high charge storage stability // Appl. Phys. Lett. - 2002. - V.81, № 17 - p. 3260-3262.

[33] Ajayan P.M., Zhou O.Z., Applications of Carbon Nanotubes // Topics in Applied Physics - 2001. -V. 80-p. 391-425.

[34] Елецкий A.B., Углеродные нанотрубки и их эмиссионные свойства // Успехи физических наук-2002.-Т. 172, №4-с. 401^38.

[35] Zhang G., DuanW., Gu В., Effect of substitutional atoms in the tip on field emission properties of capped carbon nanotubes // Appl. Phys. Lett. - 2002. -V. 80, № 14 - p. 2589-2591.

[36] Ahn H., Lee K., Kim D., Han S., Field emission of doped carbon nanotubes // Appl. Phys. Lett. -

2006.-V.88, №9, 093122.

[37] Srivastava S.K., Vankar V.D., Rao D.V.S., Kumar V., Enhanced field emission characteristics of nitrogen-doped carbon nanotube films grown by microwave plasma enhanced chemical vapor deposition process // Thin Solid Films - 2006. - V.515, № 4 - p. 1851-1856.

[38] Qiao L., Zheng W.T., Xu H., Zhang L., Jiang Q., Field emission properties of N-doped capped single-walled carbon nanotubes: A first-principles density-functional study // J. Chem. Phys. - 2007. -V.l 26, № 16, 164702.

[39] Li L.J., Glerup M., Khlobystov A., Wiltshire J., Sauvajol J.L., Taylor R., et al., The effects on nitrogen and boron doping on the optical emission and diameters of single-walled carbon nanotubes // Carbon - 2006. - V.44, № 13 - p. 2752-2757.

[40] Елецкий А.В., Холодные полевые эмиттеры на основе углеродных нанотрубок // Успехи Физических Наук - 2010. - Т. 180, № 9 - с. 897-930.

[41] Yoon H.J., Jeong D.J., Jun D.H., Yang S.S., Fabrication of Carbon Nanotube Field Emitters // Journal of Electrical Engineering & Technology - 2008. - V. 3, № 1 - p. 121-124.

[42] Minoux E., Groening О., Тео K.B.K., Dalai S.H., Gangloff L., et al., Achieving High-Current Carbon Nanotube Emitters // Nano Letters - 2005. - V. 5, №. 11 - p. 2135-2138.

[43] Prados С., Crespo P., González J.M., Hernando A., et al., Hysteresis shift in Fe-filled carbon nanotubes due to y-Fe//Phys. Rev. В-2002.-V.65,№ 11, p. 113405-113409.

[44] Liang C.H., Meng G.W., Zhang L.D., Shen N.F., Zhang X.Y., Carbon nanotubes filled partially or completely with nickel//J. Cryst. Growth - 2000.-V.218, № 1 - p. 136-139.

[45] Lee G.H., Huh S.H., Jeong J.W., Ri H.-C., Excellent magnetic properties of fullerene encapsulated ferromagnetic nanoclusters //J. Magn. Magn. Mater. -2002. - V.246, № 3 - p. 404-411.

[46] Liu S., Yue J., Wehmschulte R.J., Large Thick Flattened Carbon Nanotubes // Nano Lett. - 2002. -V. 2,№ 12 - p.1439-1442.

[47] Zhang Z., Zhang H., Zheng Y., Wang L., Wang J., Gas separation by kinked single-walled carbon nanotubes: Molecular dynamics simulations // Phys. Rev. B - 2008. - V. 78, № 3, 035439.

[48] Jiang J., Sandler S.I., Nitrogen and oxygen mixture adsorption on carbon nanotube bundles from molecular simulation //Langmuir- 2004. -V. 20, №25 - 10910-10918.

[49] Arora G., Sandler S.I., Air separation by single wall carbon nanotubes: Thermodynamics and adsorptive selectivity // J. Chem. Phys. - 2005. - V. 123, № 4, 044705.

[50] Ziegler K.J., Gu Z., Shaver J., Chen Z., et al., Cutting single-walled carbon nanotubes // Nanotechnology — 2005. - V. 16, № 7 - p. 539-544.

[51] Ziegler K.J., Gu Z., Peng H., Flor E.L., Hauge R.H., Smalley R.E., Controlled oxidative cutting of single-walled carbon nanotubes //J. Am. Chem. Soc. - 2005. - V.127, № 5 - p. 1541-1547.

[52] Wang C., Guo S., Pan X., Chen W., Bao X., Tailored cutting of carbon nanotubes and controlled dispersion of metal nanoparticles inside their channels // J. Mater. Chem. -2008. - V.18 - p. 5782-5786.

[53] Loutfy R.O., Moravsky A., Franco A., et al., Physical Hydrogen Storage on Nanotubes and Nanocarbon Materials // Perspectives of Fullerene Nanotechnology edited by E. Osawa - Berlin -Heidelberg: Springer-2002. - p. 327-339.

[54] Dillon A.C., Jones K.M., Bekkedahl T.A. et al., Storage of hydrogen in single-walled carbon nanotubes //Nature - 1997. - V.386 - p. 377-379.

[55] Nutzenadel C., Zuttel H., Chartouni D., Schlaphach L., Electrochemical storage of hydrogen in nanotube materials Electrochem // Solid State Lett. - 1999. - V. 2, № 1 - p. 30-32.

[56] Rajalakshmi N., Dhathathreyan K. S., Govindaraj A., Satishkumar B. C., Electrochemical investigation of single-walled carbon nanotubes for hydrogen storage // Electrochim. Acta - 2000. -V. 45, №27-p. 4511-4525.

[57] Zhu H., Cao A., Li X. et al., Hydrogen adsorption in bundles of well-aligned carbon nanotubes at room temperature // Appl. Surf. Sci. -2001. - V. 178, № 1-4, p. 50-55.

[58] Ye Y., Ahn C., Witham C. et al., Hydrogen adsorption and cohesive energy of single-walled carbon nanotubes // Appl. Phys. Lett. - 1999. - V. 74, № 16 - p. 2307-2309.

[59] Liu C., Fan Y. Y., Liu M. et al., Hydrogen storage in single-walled carbon nanotubes at room temperature // Science - 1999. - V. 286, № 5442 - p. 1127-1129.

[60] Ning G.Q., Wei F., Luo G.H., Wang Q.X., Wu Y.L., Yu H., Hydrogen storage in multi-wall carbon nanotubes using samples up to 85 g // Appl. Phys. A - 2004. - V. 78, № 7 - p. 955-959.

[61] Dillon A.C. , Gennett T., Alleman J. L., Jones K.M., Parilla P.A., Heben M.J., Carbon Nanotube Materials for Hydrogen Storage // Proceedings of the 2000 U.S. DOE Hydrogen Program Review, 9-11 May 2000, San Ramon, California. NREL/CP-570-28890. Golden, CO: National Renewable Energy Laboratory Vol. II: pp.421-440; NREL Report No. CP-570-32301.

[62] Dillon A.C. , Gennett T., Alleman J. L., Jones K.M., Parilla P.A., Heben M.J., Carbon Nanotube Materials for Hydrogen Storage // Proceedings of the 1999 U.S. DOE Hydrogen Program Review, 4-6 May 1999, Lakewood, Colorado. NREL/CP-570-26938. Golden, CO: National Renewable Energy Laboratory Vol. II: pp. 422-438; NREL Report No. CP-570-32269.

[63] Dillon A.C., Gilbert K.E.H., Alleman J. L., Gennett T„ Jones K.M., Parilla P.A., Heben M.J., Carbon Nanotube Materials for Hydrogen Storage // Proceedings of the 2001 U.S. DOE Hydrogen Program Review, 17-19 April 2001, Baltimore, Maryland. NREL/CP-610-30535. Golden, CO: National Renewable Energy Laboratory pp. 478-494; NREL Report No. CP-610-32314.

[64] Gordillo M.C., Boronat J., Casulleras J., Isotopic effects of hydrogen adsorption in carbon nanotubes // Phys. Rev. B - 2001. - V. 65, № 1,014503.

[65] Williams K.A., Eklund P.C., Monte Carlo simulations of H2 physisorption in finite-diameter carbon nanotube ropes // Chem. Phys. Lett. - 2000. - V. 320, № 3-4 - p. 352-358.

[66] Hammes-Schiffer S., Tully J.C., Proton transfer in solution: Molecular dynamics with quantum transitions // J. Chem. Phys. - 1994. - V. 101, № 6 - p. 4657-4667.

[67] Tully J.C., Molecular dynamics with electronic transitions // J. Chem. Phys. - 1990. - V. 93, № 2 -p. 1061-1071.

[68] Cheng H., Cooper A.C., Pez G.P., Rostov M.K., et al., Molecular dynamics simulations of hydrogen adsorption in finite and infinite bundles of single walled carbon nanotubes // Molecular Materials with Specific Interactions - Modeling and Design - 2007. - V.4 - p. 469^185.

[69] Федоров А. С., Сорокин П.Б. , Плотность и термодинамика водорода, адсорбированного на поверхности однослойных углеродных нанотрубок // Физика твердого тела - 2006. - Т.48, № 2 -с. 377-382.

[70] Yildirim Т., Ciraci S., Titanium-Decorated Carbon Nanotubes as a Potential High-Capacity Hydrogen Storage Medium // Phys. Rev. Lett. -2005. - V.94, № 17, 175501.

[71] Sabir A., Lu W., Roland C., Bernholc J., Ab inito simulations of H2 in Li-doped carbon nanotube systems // Journal of Physics: Condensed Matter - 2007. - V. 19, № 8, 086226.

[72] Wu X., Gao Y., Zeng X.C., Hydrogen storage in pillared Li-dispersed boron carbide nanotubes // J. Phys. Chem. С - 2008. - V. 112, № 22 - p. 8458-8463.

[73] Rangel E., Ruiz-Chavarria, G., Magana, L.F., Arellano J.S., Hydrogen adsorption on N-decorated single wall carbon nanotubes // Phys. Lett. A -2009. - Y.373, №. 30 - p. 2588-2591.

[74] Zidan R., Rao A.M., Au M., Doped Carbon Nanotubes for Hydrogen Storage // Hydrogen, Fuel Cells, and Infrastructure Technologie, FY 2003 Progress Report, 2003

[75] Zhang Z., Cho K., Ab initio study of hydrogen interaction with pure and nitrogen-doped carbon nanotubes // Phys. Rev. В - 2007. - V.75, № 7, 075420.

[76] Fujimoto Y., Saito S., Structure and stability of hydrogen atom adsorbed on nitrogen-doped carbon nanotubes // J. Phys.: Conf. Ser. - 2011. - V. 302, № 1, 012006.

[77] Dillon A.C., Gilbert K.E.H., Parilla P.A., Horbacewicz C., Alleman J.L., Jones K.M., Heben M.J., Hydrogen Storage in Carbon Single-wall Nanotubes // Hydrogen, Fuel Cells, and Infrastructure Technologies, FY 2003 Progress Report, 2003

[78] Yildirim Т., Gulseren O., Ciraci S., Exohydrogenated single-wall carbon nanotubes // Phys. Rev. В -2001. - V.64, № 7, 075404.

[79] Lee S.M., An K.H., Lee Y.H., Seifert G., Frauenheim Т., A hydrogen storage mechanism in singlewalled carbon nanotubes // J. Am. Chem. Soc. - 2001. - V.123, № 21 - p. 5059-5063.

[80] Allouche A., Ferro Y., Angot Т., Thomas C., Layet J.-M., Hydrogen adsorption on graphite (0001) surface: a combined spectroscopy-density-functional-theory study // J. Chem. Phys. - 2005. - V.123, № 12,124701.

[81] Ferro Y., Marinelli F., Allouche A., Density functional theory investigation of the diffusion and recombination of H on a graphite surface // Chem. Phys. Lett. - 2003. - V.368, № 5-6 - p. 609-615.

[82] Barnard A.S., Terranova M.L., Rossi M., Density functional theory of H-induced defects as nucleation sites in hybrid carbon nanomaterials // Chem. Mater. - 2005. - V. 17, № 3 - p.527-535.

[83] Sumanesekera G.U., Adu С. K. W., FangS., Eklund P. C., Effects of Gas Adsorption and Collisions on Electrical Transport in Single-Walled Carbon Nanotubes // Phys. Rev. Lett. - 2000. - V.85, № 5 - p. 1096-1099.

[84] Buchs G., Krasheninnikov A.V., Ruffieux P., et al., Creation of paired electron states in the gap of semiconducting carbon nanotubes by correlated hydrogen adsorption // New J. Phys. - 2007. - V.9, № 8, 275.

[85] Ruffieux P., Groning O., Bielmann M., Groning P., Hydrogen chemisorption on sp2-bonded carbon: Influence of the local curvature and local electronic effects // Appl. Phys. A - 2004. - V.78, № 7 - p. 975980.

[86] Durgun E., Dag S., Ciraci S., Gulseren O., Energetics and Electronic Structures of Individual Atoms Adsorbed on Carbon Nanotubes // J. Phys. Chem. В - 2004. - V. 108, № 2 - p. 575-582.

[87] Gulseren O., Yildirim Т., Ciraci S., Tunable adsorption on carbon nanotubes // Phys. Rev. Lett. -2011. - V.87, № 1, 116802.

[88] Andriotis A.N., Menon M., Srivastava D., Froudakis G., Extreme hydrogen sensitivity of the transport properties of single-wall carbon-nanotube capsules // Phys. Rev. В - 2001. - V. 64, № 19, 193401.

[89] Scudder H., Lu G., Kioussis N., Hydrogen-induced Unzipping of Single-Walled Carbon Nanotubes // Phys. Rev. В - 2003. - V.68, № 20, 205416.

[90] Nikolaev P., Thess A., Rinzler A. G., Colbert D. Т., Smalley R., Diameter doubling of single-wall nanotubes // Chem. Phys. Lett. - 1997. - V.266, № 5-6 - p. 422-426.

[91] Terrones M., Terrones H., Banhart F., Charlier J.-C., Ajayan P. M., Coalescence of Single-Walled Carbon Nanotubes // Science - 2000. - V. 288, № 5469 - p. 1226-1229.

[92] Letardi S., Celino M., Cleri F., Rosato V., Atomic hydrogen adsorption on a Stone-Wales defect in graphite // Surface Science - 2002. - V.496, № 1-2 - p.22-38.

a

[93] Tabtimsai С., Keawwangchai S., Nunthaboot N., Ruangpornvisuti V., Wanno В., Density functional investigation of hydrogen gas adsorption on Fe-doped pristine and Stone-Wales defected single-walled carbon nanotubes // J. Mol. Model - 2012. - V. 18, № 8 - p. 3941-3949.

[94] Томилин О.Б., Станкевич И.В., Мурюмин Е.Е., Лесин С.А., Сыркина Н.П., Призматические модификации одностенных углеродных нанотрубок и их электронные свойства: регулярная адсорбция атомов фтора на графеновых поверхностях нанотрубок // Физика твердого тела -2011. - Т.53, № 1 - с. 187-193.

[95] Ruffieux P., Grôning О., Bielmann M., Mauron P., Schlapbach L., Grôning P., Hydrogen adsorption on sp2-bonded carbon: influence of the local curvature // Phys. Rev. В - 2002. - V. 66, № 24, 245416.

[96] Ruffieux P., Grôning O., Schwaller P., Schlapbach L., Grôning P., Hydrogen atoms cause long-range electronic effects on graphite // Phys. Rev. Lett. - 2000. - V. 84, № 21 - p. 4910-4913.

[97] Ногпекагг L., Sljivancanin Z., Xu W., Otero R., Rauls E., et al., Metastable structures and recombination pathways for atomic hydrogen on the graphite (0001) surface // Phys. Rev. Lett. - 2006. -V. 96, № 15, 156104.

[98] Ногпекагг L., Rauls E., Xu W., Sljivancanin Z., Otero R., Stensgaard I., et al., Clustering of chemisorbed H(D) atoms on the graphite (0001) surface due to preferential sticking // Phys. Rev. Lett. -2006.-V. 97, № 18, 186102.

[99] Khare B.N., Meyyappan M., Cassell A.M., et al., Functionalization of carbon nanotubes using atomic hydrogen from a glow discharge // Nano Lett. - 2002. - V.2, № 1 - p. 73-77.

[100] Chiarello G., MaccalliniE., Agostino R.G., Caruso T., Formoso V., et al., Vibrational and electronic properties of hydrogen adsorbed on single-wall carbon nanotubes // Phys. Rev. В - 2004. - V.69, № 15, 153409.

[101] Nilsson A., Nanoengineering of Hybrid Carbon Nanotube-Metal Nanocluster

Composite Materials for Hydrogen Storage // GCEP Technical Report 2006, [http://gcep.stanford.edU/pdfs/QeJ5maLQQrugiSYMF3ATDA/2.l.4.4.nilsson_06.pdf].

[102] Nikitin A., OgasawaraH., Mann D., Denecke R., Zhang Z., et al., Hydrogénation of single-walled carbon nanotubes // Phys. Rev. Lett. - 2005. - V.95, 225507.

[103] Wessely O., Katsnelson M. I., Nilsson A.,et al., Dynamical core-hole screening in the x-ray absorption spectra of hydrogenated carbon nanotubes and grapheme // Phys. Rev. В - 2007. - V.76, № 16, 161402.

[104] Zhang G., Qi P., Wang X., et al., Hydrogénation and hydrocarbonation and etching of single-walled carbon nanotubes // J. Am. Chem. Soc. - 2006. - V.128, №18 - p. 6026-6027.

[105] Pekker S., Salvetat J.-P., Jakab E., et al., Hydrogénation of carbon nanotubes and graphite in liquid ammonia// J. Phys. Chem. В -2001 - V.105, № 33 - p. 7938-7943.

[106] Takagi H., Hatori H., Yamada Y., Desorption property of hydrogen chemisorbed on the surface of activated carbon // American Carbon Society - Carbon Conference Archive - 2004. -[http://acs.omnibooksonline.com/data/papers/2004_L039.pdf].

[107] Dillon A.C., Gennett T., Alleman J. L., et al., Optimization of Single-Wall Nanotube Synthesis For Hydrogen Storage // IEA Task 12: Metal Hydrides and Carbon for Hydrogen Storage 2001. NREL/CH-590-31288, p.91-95

[108] Charlier J.C., Defects in carbon nanotubes // Accounts of Chemical Research - 2002. - V.35, №.12 -p. 1063-1069.

[109] Krstic V., Rikken G.L.J.A., Bernier P., Roth S., Glerup M., Nitrogen doping of metallic singlewalled carbon nanotubes: n-type conduction and dipole scattering // EPL (Europhysics Letters) - 2007. -V. 77, №3,37001.

[110] Mananghaya M., Rodulfo E., Santos G.N., at al., Theoretical Investigation on Single-Wall Carbon Nanotubes Doped with Nitrogen, Pyridine-Like Nitrogen Defects, and Transition Metal Atoms // Journal of Nanomaterials -2012. - V.2012, 104891.

[111] Nevidomskyy A.H., Csanyi G., Payne M.C., Chemically active substitutional nitrogen impurity in carbon nanotubes//Phys Rev Lett. - 2003. - V.91,№ 10- p. 1055021-1055024.

[112] Глухова О.E., Терентьев О.А., Теоретическое исследование электронных и механических свойств C-N однослойных нанотрубок // Физика волновых процессов и радиотехнические системы -2007.- Т. 10, № 4 -с.85-89.

[113] Zhao J., Buldum A., Han J., Ping Lu J., Gas molecule adsorption in carbon nanotubes and nanotube bundles // Nanotechnology - 2002. - V.13, №. 2 - p. 195-200.

[114] Sumanesekera G.U., Adu C.K.W., Fang S., Eklund P.C., Effects of Gas Adsorption and Collisions on Electrical Transport in Single-Walled Carbon Nanotubes // Phys. Rev. Lett. - 2000. - V.85, № 5 - p. 1096-1099.

[115] Marliere C., Poncharal P., Vaccarini L., Zahab A., Effect of Gas Adsorption on the Electrical Properties of Single-Walled Carbon Nanotubes Mats // MRS Online Proceedings Library - 1999. -V. 593, DOI: http://dx.doi.org/10.1557/PROC-593-173

[116] Li Z., Pan Z., Dai S., Nitrogen adsorption characterization of aligned multiwalled carbon nanotubes and their acid modification // J. Colloid Interface Sei. - 2004. - V.277, № 1 - p. 35-42.

[117] Srivastava D., Menon M., Sadanadan B., et al., Vacancy Mediated Mechanism of Nitrogen Substitution in Carbon Nanotubes // Phys. Rev. B - 2004. - V.69, № 15, 153414.

[118] Lim S.H., Li R., Ji W., Lin J., Effects of nitrogenation on single-walled carbon nanotubes within density functional theory //Phys. Rev. B - 2007. - V.76, № 19, 195406.

[119] Min X.M., Lan D.X., Cheng, F., Study on oxygen and nitrogen adsorption in carbon nanotube // Dept. of Appl. Chem., Wuhan Univ. of Technol., Wuhan; Published in: Nanoelectronics Conference, 2008. INEC 2008. 2nd IEEE International

[120] Min Xin-min PhD, Xiao Rui-juan, Hong Han-lie, Quantum chemistry calculation on oxygen and nitrogen adsorption in carbon nanotube // Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sei. Ed. -2003. - V. 18, № 1 - p. 1-3.

[121] Ghsemi A.S., Ashrafi F., Density Functional Theory (DFT) Study of 02, N2 Adsorptions on H-Capped (4,4) Single-Walled Carbon Nanotube // Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology - 2012. - V.4, № 15 - p. 2523-2528.

[122] Tans S.J., Verschueren A.R.M., Dekker C., Room-temperature transistor based on a single carbon nanotube // Nature - 1998. - V.393, doi:l 0.1038/29954.

[123] Mattel R., Schmidt T., Shea H.R., at al., Appl. Phys. Lett. - 1998. - V.73, № 17, 2447.

[124] Collins P.G., Bradley K., Ishigami M., Zett A., Extreme Oxygen Sensitivity of Electronic Properties of Carbon Nanotubes // Science - 2000. - V. 287, № 10 - p. 1801-1804.

[125] Hone J., Ellwood I., Muno M., et al., Thermoelectric Power of Single-Walled Carbon Nanotubes // Phys. Rev. Lett. - 1998. - V.80, № 5 - p. 1042-1045.

[126] Kong J., Franklin N.R., Zhou C., et al., Nanotube Molecular Wires as Chemical Sensors // Science

- 2000. - V.287, № 5453 - p. 622-625.

[127] Urita K., Seki S., Utsumi S., et al., Effects of gas adsorption on the electrical conductivity of singlewall carbon nanohorns // Nano Lett. -2006. - V.6, №7-p. 1325-1328.

[128] Savage T., Bhattacharya S., Sadanadan B., et al., Photoinduced oxidation of carbon nanotubes // Journal of Physics: Condensed Matter-2003. - V.15, № 35, 5915.

[129] Grujicic M., Cao G., Rao A.M., et al., UV-light enhanced oxidation of carbon nanotubes // Applied Surface Science - 2003. - V. 214, № 1-4 - p. 289-303.

[130] Babanejad S. A., Ashrafi F., Ghasemi A., et al., Comparison of NQR of 02, N2 and CO on Surface of Single-walled Carbon Nanotubes and Chemisorption of Oxygen-doped on the Surface of Single-walled Carbon Nanotubes: A DFT and Computational NMR Study // Carbon Nanotubes - Synthesis, Characterization, Applications edited by S.Yellampalli, ISBN 978-953-307-497-9, Published: July 20, 2011 under CC BY-NC-SA 3.0 license

[131] Kroes J., Pietrucci F., Andreoni W., et al., Atomic Oxygen Chemisorption on Carbon Nanotubes // J. Phys. Chem. C - 2013. - V. 117, № 4 - p. 1948-1954.

[132] Kia M., Pourghasem V., Niksolat F., Ab initio Calculations SWNTs and Investigation of Interaction Atoms of Oxygen with that by Computational Calculations // J. Phys. Theor. Chem. IAU Iran - 2011. -V.7, № 4 - p. 213-219.

[133] Giannozzi P., Car R., Scoles G., Oxygen adsorption on graphite and nanotubes // J. Chem. Phys. -2003.-V. 118, № 3 - p. 1003-1006.

[134] Sorescu D. C., Jordan K. D., Avouris P., Theoretical Study of Oxygen Adsorption on Graphite and the (8,0) Single-walled Carbon Nanotube //J. Phys. Chem. B - 2001. - V. 105, №45-p. 11227-112232.

[135] Ricca A., Drocco J. D., Interaction of 02 with a (9,0) carbon nanotube // Chem. Phys. Lett. - 2002.

- V.362, № 3-4 - p. 271-223.

[136] Odom T. W., Huang J.-L., Kim P., et al., Atomic Structure and Electronic Properties of Singlewalled Carbon Nanotubes // Nature - 1998. - V. 391 - p. 62-64.

[137] Wildoer J. W. G., Venema L. C., Rinzler A. G., et al., Electronic Structure of Atomically Resolved Carbon Nanotubes // Nature - 1998. - V. 391 - p. 59-62.

[138] Ouyang M., Huang J.-L., Cheung C. L., et al., Energy Gaps in "Metallic" Single-Walled Carbon Nanotubes // Science - 2001. - V. 292, № 5517 - p. 702-705.

[139] Бормонтов E, H., Ганин A. A. , Битюцкая JI. А., О немонотонном изменении ширины запрещенной зоны ОУНТ в области сверхмалых диаметров // Конденсированные среды и межфазные границы-2011.-Т. 13, №2-с. 137-141.

[140] Dewar M.J.S., Zoebisch E.G., Healy E.F., Stewart J.J.P., Development and use of quantum mechanical molecular models. 76. AMI: A new general purpose quantum mechanical molecular model // J. Am. Chem. Soc. - 1985. -V.107, № 13 - p. 3902-3909.

[141] Dhiman S., Kumar R., Dharamvir K., A Density Functional Study of Zigzag Carbon Nanotubes // 2011, [http://physics.puchd.ac.in/events/2010-201 l/chascon2011/fulI-papers/Shobhna.pdf]

[142] Lu D., Li Y., Rotkin S.V., Ravaioli U., Schulten К., Finite-Size Effect and Wall Polarization in a Carbon Nanotube Channel //Nano Lett. - 2004. - V.4, № 12 - p. 2383-2387.

[143] Wanga B.C., Wanga H.W., Lina I.С., et al., A Semiempirical Study of Carbon Nanotubes with Finite Tubular Length and Various Tubular Diameters // Journal of the Chinese Chemical Society - 2003. -V. 50-p. 939-945.

[144] Rochefort A., Salahub D.R., Avouris P., The Effects of Finite Length on the Electronic Structure of Carbon Nanotubes // J. Phys. Chem. В - 1999. - V.103, № 4 - p. 641-646.

[145] Haufler R. E. , Conceicao J., Chibante L. P. F., et al., Efficient production of C60 (buckminsterfullerene), C60H36, and the solvated buckide ion // The Journal of Physical Chemistry -1990. - V. 94, № 24 - pp. 8634-8636.

[146] Lu G., Scudder H., Kioussis N., Hydrogen-induced unzipping of single-walled carbon nanotubes //Phys. Rev. В - 2003. - V.68, № 20, 205416.

[147] Park K.A., Kim S.J., Seo K., Lee Y.H., Adsorption of Atomic Hydrogen on Single-Walled Carbon Nanotubes//J. Phys. Chem. В-2005.-V. 109, № 18-p. 8967-8972.

[148] Bauschlicher C.W. Jr., Hydrogen and fluorine binding to the sidewalls of a (10,0) carbon nanotube // Chem. Phys. Lett. - 2000. - V. 322, № 3-4 - p. 237-241.

[149] Jalili S., Majidi R., The Effect of Atomic Hydrogen Adsorption on Single-Walled Carbon Nanotubes Properties // Journal of the Iranian Chemical Society -2007. - V. 4, № 4 - p. 431-437.

[150] Булярский С.В., Басаев A.C., Хемосорбция водорода углеродными нанотрубками // Журнал технической физики - 2009. - Т. 79, №11 - с. 50-55.

[151] Vesali Naseh М., Khodadadi A.A., Mortazavi Y„ et al., Functionalization of Carbon Nanotubes Using Nitric Acid Oxidation and DBD Plasma // International Journal of Chemical and Biological Engineering - 2009. - V.2, № 2 - p. 66-68.

[152] Meunier V., Kalinin S., Sumpter В., Nonvolatile memory elements based on the intercalation of organic molecules inside carbon nanotubes // Phys. Rev. Lett. -2007. - V.98, № 5, 056401.

[153] Krause M., Hulman M., Kuzmany H., et al., Fullerene quantum gyroscope // Phys. Rev. Lett. -2004,- V.93, № 13, 137403.

[154] Tomioka H., Iwamoto E., Itakura H., Hirai K., Generation and characterization of a fairly stable triplet carbene // Nature - 2001. - V.412, № 6847 - p. 626-628.

[155] Bogdanova D.A., Moliver S.S., Spin triplet molecule inside carbon nanotube // MOLEC XVII: Europ. Conf. on Dynamic of Molecular Systems, (SPb: 23-28 Aug. 2008), p.l 10.

[156] Fu H., Du Z.-J., Zou W., et al., Enhanced electrical conductivity of sodium polyacrylate encapsulated multi-walled carbon nanotubes. // Materials Letters - 2012. - V.78 - pp. 54-57.

[157] Jean Y., Volatron F., An Introduction to Molecular Orbitals - New York: Oxford University Press, Inc. - 1993,337 p.