Воздействие быстрых атомов на наноструктуры и полимерные композиты тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.08, кандидат физико-математических наук Воронина, Екатерина Николаевна

• Воронина, Екатерина Николаевна
• кандидат физико-математических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Воронина, Екатерина Николаевна

Введение

1. Перспективы применения наноматериалов в космической технике

1.1. Отличительные особенности наноматериалов и возможности их использования при создании космических аппаратов

1.1.1. Наноструктурированные материалы

1.1.2. Основные направления применения наноматериалов

1.2. Условия эксплуатации материалов в космическом пространстве

1.2.1. Космическая плазма

1.2.2. Атомарный кислород верхней атмосферы Земли

1.3. Наноструктуры из углерода и нитрида бора

1.3.1. Углеродные нанотрубки

1.3.2. Графен и графеновые наноленты

1.3.3. Наноструктуры из нитрида бора

1.4. Структура и свойства нанокомпозитов

1.4.1. Влияние размера частиц наполнителя на свойства нанокомпозитов

1.4.2. Роль процесса диспергирования наполнителя в полимерной матрице

1.5. Воздействие космической плазмы на материалы

1.5.1. Химическое распыление

1.5.2. Физическое распыление и образование структурных дефектов

2. Методы многомасштабного моделирования наноструктур и наноматериалов

2.1. Общие принципы многомасштабного моделирования

2.2. Квантовомеханические и полуэмпирические методы

2.2.1. Метод теории функционала плотности

2.2.2. Метод ОБТ в схеме сильной связи

2.3. Методы молекулярной механики и молекулярной динамики

2.4. Мезомасштабные методы моделирования

2.5. Программное обеспечение

3. Влияние процессов адсорбции атомов кислорода на наноструктуры из углерода и нитрида бора

3.1. Текущее состояние исследований и постановка задачи

3.2. Адсорбция атома кислорода на поверхности наноструктур

3.2.1. Структурные изменения под воздействием атома кислорода

3.2.2. Зависимость энергии адсорбции от диаметра нанотрубок

3.2.3. Изменения в электронном строении наноструктур

3.3. Особенности коллективного воздействия атомов кислорода

3.3.1. Адсорбция нескольких атомов кислорода

3.3.2. Влияние диаметра УНТ на изменение структурных параметров

3.3.3. Зависимость энергии адсорбции от числа атомов кислорода

3.3.4. Изменения в электронном строении наноструктур

3.4. Деструкция нанотрубок под воздействием атомов кислорода

3.4.1. Разрыв связей в нанотрубках при адсорбции пар атомов кислорода

3.4.2. Зависимость структурных параметров и энергии адсорбции от диаметра УНТ

Выводы к разделу

4. Моделирование образования дефектов в наноструктурах под воздействием быстрых атомов

4.1. Текущее состояние исследований и постановка задачи

4.2. Особенности образования одиночных вакансий в наноструктурах

4.2.1. Строение одиночных вакансий

4.2.2. Энергия образования одиночных вакансий

4.2.3. Адсорбция атомов кислорода вблизи дефектов

4.3. Образование дефектов при воздействии быстрых частиц

4.4. Образование кислородсодержащих групп на поверхности наноструктур под воздействием быстрых атомов кислорода

Выводы к разделу

5. Влияние структуры полимерных нанокомпозитов на их стойкость к воздействию частиц космической плазмы

5.1. Текущее состояние исследований и постановка задачи

5.2. Моделирование взаимодействия нанотрубок между собой и с полимерами

5.3. Моделирование структуры полимерных нанокомпозитов

5.3.1. Определение равновесной структуры полимерного нанокомпозита

5.3.2. Влияние функционализации и внешних сил на процессы диспергирования

5.4. Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными

5.5. Моделирование процессов торможения быстрых атомов в многослойных полимерных нанокомпозитах

Выводы к разделу

Основные результаты

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Воздействие быстрых атомов на наноструктуры и полимерные композиты»

Актуальность темы

Наноматериалы и нанотехнологии найдут в ближайшем будущем широкое применение в космической технике. Работы по созданию наноматериалов космического назначения включены в программы развития нанотехнологий, реализуемые в настоящее время многими государствами, а в ряде стран выделены в самостоятельные программы.

Различные наноструктуры: нанотрубки из углерода и нитрида бора, графен, графеновые наноленты и др. - рассматриваются при проектировании перспективных космических аппаратов (КА) как в качестве самостоятельных материалов для изготовления элементов конструкции и оборудования КА, так и в качестве наполнителей композиционных материалов, которые будут играть весьма важную роль в дальнейшем совершенствовании космической техники [1,2].

Одним из главных требований, предъявляемых к материалам КА, является их высокая стойкость к различным по физической природе воздействиям окружающей среды, которые могут приводить к значительным изменениям свойств материалов. В наибольшей степени подвержены воздействию космической среды материалы, элементы конструкции и оборудования, располагаемые на внешней поверхности КА. Для них серьезную опасность представляет воздействие холодной плазмы ионосферы Земли с энергией частиц -0,1 эВ и горячей магнитосферной плазмы, энергия

2 5 частиц которой лежит в диапазоне -10-10 эВ. При воздействии холодной плазмы основным механизмом повреждения и даже разрушения материалов является химическое распыление атомарным кислородом - доминирующим компонентом ионосферы в интервале высот ~200-800 км, где осуществляются, в частности, полеты пилотируемых космических кораблей и орбитальных станций (350-400 км) [3].

Атомарный кислород, обладающий высокой химической активностью, образует при взаимодействии с материалами поверхности КА летучие соединения, покидающие поверхность. Эффективность этого процесса возрастает за счет обусловленной орбитальной скоростью КА дополнительной энергии столкновения атомов кислорода с поверхностью, составляющей около 5 эВ. В результате толщина слоя материала, уносимого с поверхности, может достигать 10-100 мкм после пребывания на орбите в течение года. Наименее стойки к химическому распылению полимерные материалы, которые широко используются в составе конструкции современных К А [3].

Воздействие горячей плазмы реализуется через механизмы физического распыления материалов налетающими атомами и образования ими структурных радиационных дефектов. Отметим, что аналогичное воздействие на материалы при полете КА за пределами магнитосферы Земли оказывает плазма солнечного ветра, энергия протонов которой, определяемая направленной скоростью потока солнечного ветра, составляет около 103 эВ [3].

Указанные механизмы воздействия космической плазмы на материалы достаточно хорошо изучены по отношению к традиционным объемным материалам космической техники. Однако для наноструктурированных материалов их теоретическое и экспериментальное изучение только начинается. Диссертационная работа, посвященная рассмотрению различных аспектов проблемы воздействия космической плазмы на наноструктуры и наноматериалы, является одним из первых исследований в данной области.

Цель и задачи работы

Целью диссертационной работы являлось исследование методами математического моделирования процессов деструкции нанотрубок и нанолент из углерода и нитрида бора, графена и гексагонального нитрида бора, а также композитов на основе полимерных матриц с наноразмерными наполнителями под действием атомов О, Н, Не и др. с энергиями —1—105 эВ.

В работе решены следующие задачи:

• анализ и оптимизация имеющихся расчетных методов и программных комплексов применительно к моделированию процессов воздействия частиц холодной и горячей космической плазмы на наноструктуры и полимерные композиты с наноразмерными наполнителями;

• моделирование методом теории функционала плотности (ОРТ) процессов адсорбции атомов кислорода на поверхности наноструктур, расчет энергии адсорбции для различных наноструктур, определение влияния таких процессов на строение и электронную структуру исследуемых объектов при воздействии на них одиночных атомов и при коллективном воздействии;

• моделирование методом БРТ в схеме сильной связи с самосогласованными зарядами (8СС БРТВ) процессов образования дефектов в наноструктурах в результате воздействия атомов Н, С, О с энергиями -1-200 эВ;

• исследование диспергирования наноразмерных частиц в полимерной матрице методом диссипативной динамики частиц (ОРЭ), моделирование методом Монте-Карло эрозии полимерных нанокомпозитов под действием атомарного кислорода и процессов взаимодействия атомов Н, Не, О при энергии 1-100 кэВ с многослойными наноструктурами.

Научная новизна результатов и выводов

1. Методом БРТ исследованы изменения структурных параметров нанотрубок и нанолент из углерода и нитрида бора, графена и гексагонального нитрида бора (/г-В1М) при адсорбции на их поверхности атомов кислорода. Установлено, что присоединение атомов к поверхности рассматриваемых наноструктур вызывает удлинение и смещение межатомных связей, приводящее к общей деформации наноструктур. Исследована специфика коллективного воздействия нескольких атомов кислорода на наноструктуры, усиливающего указанные выше эффекты. Впервые получены зависимости изменений структурных параметров углеродных нанотрубок (УНТ) и величины энергии адсорбции от их диаметра.

2. Выполнено математическое моделирование процесса «расстегивания» (;unzipping) нанотрубок при присоединении к их поверхности пар атомов кислорода. Установлено, что с увеличением диаметра УНТ растет пороговое число присоединенных пар атомов, соответствующее началу процесса «расстегивания». Впервые показано, что нанотрубки из нитрида бора (BN-HT) более устойчивы к возникновению данного эффекта за счет химического взаимодействия между адсорбированными атомами кислорода, которое отсутствует в случае УНТ.

3. Методом SCC DFTB исследовано образование вакансий в УНТ и BN-HT, графене и листах /z-BN под действием атомов О и Н с энергиями до 200 эВ. Определены пороговые энергии образования вакансий в графене и /z-BN. Установлено, что пороговая энергия выбивания атома зависит от величины заряда, переданного ему налетающей частицей.

4. Методами молекулярной динамики и DPD исследованы процессы диспергирования наноразмерных частиц наполнителя (УНТ, полиоргансилоксана, А120з, ТЮ2, WC) в полимерной матрице. Установлено, что равномерное распределение частиц наполнителя достигается в узком диапазоне параметров, характеризующих взаимодействие частиц между собой и с полимером. В рамках DPD-модели показано, что функционализация частиц наполнителя путем присоединения к их поверхности молекулярных групп может обеспечить равномерное распределение частиц в полимерной матрице.

5. Методом Монте-Карло произведено моделирование процессов торможения атомов Н, Не и О с энергиями 1-100 кэВ в многослойных наноразмерных структурах «полимер-металл». Установлено, что последовательность расположения слоев оказывает существенное влияние на величину переданной энергии и количество образующихся структурных дефектов в каждом слое, обусловленное особенностями обратного рассеяния частиц в таких структурах.

Практическая значимость результатов работы определяется тем, что они могут быть непосредственно использованы при оценке стойкости наноструктурированных материалов к воздействию космической плазмы, определении предельных сроков их эксплуатации в различных областях околоземного пространства, создании технологий изготовления наноматериалов космической техники, в первую очередь полимерных композитов, разработке методов повышения стойкости материалов к воздействию космической среды.

На защиту выносятся следующие положения

1. Рассчитанные значения энергии адсорбции атомов кислорода на поверхности кресельных и зигзагообразных УНТ и ВЫ-НТ, графена и /г-ВИ при присоединении к поверхности указанных наноструктур одиночных атомов кислорода и их коллективном воздействии. Зависимости энергии адсорбции и относительного удлинения межатомных связей от диаметра УНТ, демонстрирующие, что кресельные нанотрубки сильнее подвержены воздействию атомов кислорода, чем зигзагообразные.

2. Результаты моделирования процесса «расстегивания» (unzipping) нанотрубок из углерода и нитрида бора под воздействием пар атомов кислорода, показывающие, что с ростом диаметра УНТ проявляют большую устойчивость к такому воздействию, а в BN-HT, в отличие от УНТ, между адсорбированными атомами кислорода образуется дополнительное химическое взаимодействие, препятствующее их деструкции.

3. Результаты исследования формирования на поверхности УНТ кислородсодержащих групп при различных флюенсах воздействующих атомов кислорода.

4. Расчетные и экспериментальные данные, характеризующие процесс диспергирования наноразмерных частиц наполнителя в полимерной матрице.

5. Полученные распределения переданной энергии по толщине многослойных наноразмерных структур «полимер-металл» при различной последовательности расположения слоев, демонстрирующие влияние процессов обратного рассеяния на энерговыделение в каждом слое.

Достоверность результатов определяется использованием хорошо апробированных расчетных методов и программных комплексов, согласием результатов математического моделирования с результатами расчетов, выполненных другими авторами, и с экспериментальными данными.

Личный вклад автора

Личный вклад автора в работы, вошедшие в диссертацию, является определяющим при разработке теоретических моделей, выборе методов расчетов, выполнения моделирования исследуемых структур и интерпретации полученных результатов.

Апробация работы

Основные результаты исследований докладывались на следующих международных и всероссийских конференциях:

• 9th International Conference on Protection of Materials and Structures From Space Environment, ICPMSE-9, Toronto, 2008;

• XI Российско-китайском симпозиуме «Новые материалы и технологии», Санкт-Петербург, 2011;

• 9-й Международной конференции «Взаимодействие излучений с твердым телом», Минск, 2011;

• XVIII, XX и XXI Международных конференциях «Радиационная физика твердого тела», Севастополь, 2008, 2010, 2011;

• XVII и XVIII Международных конференциях по электростатическим ускорителям и пучковым технологиям, Обнинск, 2008, 2010;

• Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий», Москва, 2008;

• 2-й Всероссийской научной школе для молодежи «Концентрированные потоки энергии в индустрии наносистем, материалов и живых систем», Москва, 2009;

• X, XI и XII Межвузовских научных школах молодых специалистов «Концентрированные потоки энергии в космической технике, электронике, экологии и медицине», Москва, 2009-2011;

• 1-й и 2-й Всероссийских школах-семинарах студентов, аспирантов и молодых ученых «Функциональные наноматериалы для космической техники», Москва, 2010, 2011;

• IX Курчатовской молодежной научной школе, Москва, 2011.

Публикации

Материалы диссертационной работы опубликованы в 27 печатных работах, в том числе в 8 статьях в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК, в 19 докладах в сборниках трудов конференций.

Структура диссертации

Диссертационная работа состоит из Введения, 5 разделов и Заключения, изложена на 149 страницах и содержит 86 рисунков, 10 таблиц и 134 библиографические ссылки.

Заключение диссертации по теме «Физика плазмы», Воронина, Екатерина Николаевна

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. На основании анализа принципов и методов многомасштабного моделирования для решения задач диссертационной работы были выбраны и апробированы следующие методы: метод теории функционала плотности (DFT), метод DFT в схеме сильной связи с самосогласованными зарядами (SCC DFTB), метод молекулярной динамики, метод диссипативной динамики частиц (DPD).

2. Методом DFT исследованы изменения структурных параметров нанотрубок и нанолент из углерода и нитрида бора, графена и гексагонального нитрида бора при адсорбции на их поверхности атомов кислорода. Установлено, что присоединение атомов к поверхности рассматриваемых наноструктур вызывает удлинение и смещение межатомных связей, приводящее к общей деформации наноструктур. Исследована специфика коллективного воздействия нескольких атомов кислорода на наноструктуры, усиливающего указанные выше эффекты. Впервые получены зависимости изменений структурных параметров углеродных нанотрубок и величины энергии адсорбции от их диаметра.

3. Выполнено математическое моделирование процесса «расстегивания» (unzipping) нанотрубок при присоединении к их поверхности пар атомов кислорода. Установлено, что с увеличением диаметра углеродных нанотрубок растет пороговое число присоединенных пар атомов, соответствующее началу процесса «расстегивания». Впервые показано, что нанотрубки из нитрида бора более устойчивы к возникновению данного эффекта за счет химического взаимодействия между адсорбированными атомами кислорода, которое отсутствует в случае углеродных нанотрубок.

4. Методами ОРТ и БСС БРТВ исследовано образование вакансий в нанотрубках из углерода и нитрида бора, графене и листах гексагонального нитрида бора под действием атомов кислорода и водорода с энергиями до 200 эВ. Определены пороговые энергии образования вакансий в графене и листе нитрида бора, рассчитаны потери энергии атомов в графене. Установлено, что пороговая энергия выбивания атома зависит от величины заряда, переданного ему налетающей частицей. Показано, что энергия адсорбции атомов кислорода вблизи вакансий существенно увеличивается. Методом БСС БРТВ исследованы особенности формирования кислородсодержащих групп на поверхности углеродных наноструктур при различных флюенсах воздействующих атомов кислорода.

5. Методами молекулярной динамики и ОРБ исследованы процессы диспергирования наноразмерных частиц наполнителя (углеродных нанотрубок, полиоргансилоксана, А1203, ТЮ2, в полимерной матрице. Установлено, что равномерное распределение частиц наполнителя достигается в узком диапазоне параметров, характеризующих взаимодействие частиц между собой и с полимером. В рамках ОРБ-модели показано, что функционализация частиц наполнителя путем присоединения к их поверхности молекулярных групп может обеспечить равномерное распределение частиц в полимерной матрице.

6. Методом Монте-Карло произведено моделирование процессов торможения атомов водорода, гелия и кислорода с энергиями 1-100 кэВ в многослойных наноразмерных структурах «полимер-металл». Установлено, что последовательность расположения слоев оказывает существенное влияние на величину переданной энергии и количество образующихся структурных дефектов в каждом слое, что связано с особенностями обратного рассеяния частиц в таких структурах.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Воронина, Екатерина Николаевна, 2011 год

1. Новиков J1.C., Воронина E.H. Перспективы применения наноматериалов в космической технике. М.: Университетская книга, 2008. 188 с.

2. Гудилин Е.А., Третьяков Ю.Д. Фундаментальные подходы к развитию нанотехнологий, наноматериалов и подготовке кадров для наноиндустрии // Альтернативная энергетика и экология. 2008. № 1(57). С. 9-16.

3. Рамбиди Н.Г., Березкин A.B. Физические и химические основы нанотехнологий. М.: Физматлит, 2009. 456 с.

4. Суздалев И.П. Нанотехнология. Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. Изд. 2-е. М.: Книжный дом "Либроком", 2009. 592 с. (Синергетика: от прошлого к будущему).

5. Андриевский P.A., Рагуля A.B. Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. 192 с.

6. Nanoscale science and technology. Kelsall Robert W., Hamley Ian W., Geoghegan Mark (Eds.). John Wiley & Sons, 2005. 457 p.

7. Carbon nanomaterials. Ed. Yury Gogotsi. Taylor and Francis Group, 2006. 320 p.

8. Ивановский А.Л. Неуглеродные нанотрубки: синтез и моделирование // Успехи химии. 2002. Т. 71. № з. с. 203-224.

9. Loiseau А. et al. Understanding carbon nanotubes. From basics to applications. Springer, Berlin, 2006. 552 p. (Lect. Notes Phys.)

10. Ooi N., Rairkar A., Lindsley L., Adams J.B. Electronic structure and bonding in hexagonal boron nitride // J. Phys.: Condens. Matter. 2006. V. 18. P. 97.

11. Ajayan P. M., Schadler L.S., Braun P.V. Nanocomposite Science and Technology. Wiley-VCH Verlag, 2003.236 p.

12. Tjong S.Ch. Carbon nanotube reinforced composites: metal and ceramic matrices. Wiley-VCH, Mörlenbach, 2009. 228 p.

13. Nanotechnology: An overview based on indicators and statistics. STI working paper 2009/7. Statistical Analysis of Science, Technology and Industry OECD/OCDE, 2009.

14. Гапоненко H.B. Россия в русле глобальной гонки за лидерство в нанотехнологиях // Инновации. 2007. № 9. С. 37-43.

15. Nanotechnology in Space Exploration. Report of the National Nanotechnology Initiative Workshop, August 2004. 2006.

16. Воронина E.H., Новиков Л.С., Чирская Н.П. Математическое моделирование радиационных воздействий на перспективные материалы космических аппаратов // Известия РАН. Серия физическая. 2011. Т. 75. № 11. С. 1596-1603.

17. Watson К.А., Connell J.W. Polymer and carbon nanotube composites for space applications / Carbon nanotechnology: Recent developments in chemistry, physics, materials science and device applications. 2006. P. 676-698.

18. Andersson H.M., Keller M.W., Moore J.S., et al. Self-healing polymers and composites / Self-healing materials. An alternative approach to 20 centuries of materials science. Ed. S. van der Zwaag. Springer, Berlin, 2007. P. 19-44.

19. Loomis M.P., Arnold J.L. Thermal, radiation and impact protective shields (TRIPS) for robotic and human space exploration missions. 2nd International Planetary Probe Workshop, August 23-26, 2007, NASA Ames Research Center. 2007. P. 325-334.

20. Nanotechnology in Aerospace. 2007. www.nanoforum.org.

21. Edwards B.C., Westling E.A. The space elevator: A revolutionary earth-to-space transportation system. Spageo, 2003. 288 p.

22. Новиков JI.С. Взаимодействие космических аппаратов с окружающей плазмой. М.: Университетская книга, 2006. 120 с.

23. Новиков JI.C., Черник В.Н. Применение плазменных ускорителей в космическом материаловедении. М.: Университетская книга, 2008. 90 с.

24. Ковтюх А.С. Внешние плазменные оболочки магнитосферы / Модель космоса. Т. 1. М.:КДУ, 2007. С. 465-481.

25. Krueger A. Carbon materials and nanotechnology. Wiley-VCH, Padstow, 2010. 470 p.

26. Carbon nanotubes: Science and applications. Meyyappan M. (Ed.). CRC Press, 2005. 280 p.

27. Budyka M.F., Zyubina T.S., Ryabenko A.G., et al. Bond lengths and diameters of armchair single wall carbon nanotubes // Chemical Physics Letters. 2005. V. 407. P. 266-271.

28. Niyogi S., Hamon M.A., Ни H., et al. Chemistry of single-walled carbon nanotubes // Accounts of Chemical Research. 2002. V. 35. No. 12. P. 1105-1113.

29. Пул Ч., Оуэне Ф. Нанотехнологии. Изд. 5-е. М.: Техносфера, 2010. 336 с. (Мир материалов и технологий).

30. Chemistry of Nanocarbons Eds. Akasaka Т. et al. John Wiley & Sons, 2010. 498 p.

31. Carbon nanotubes: Quantum cylinders of graphene. Eds. Saito S., Zettl A. Elsevier, 2008. 215 p. (Contemporary Concepts of Condensed Matter Science).

32. Carbon nanotubes: Advanced topics in the synthesis, structure, properties and applications. Eds. Jorio A., Dresselhaus G., Dresselhaus M.S. Springer, Berlin, 2008. 320 p. (Topics in Applied Physics).

33. Wakabayashi K., et al. Electronic states of graphene nanoribbons and analytical solutions // Sci. Technol. Adv. Mater. 2010. V. 11. 054504.

34. Golberg D., Bando Y., Tang Ch., Zhi Ch. Boron Nitride Nanotubes // Adv. Mater. 2007. V. 19. P. 2413-2432.

35. Okua Т., Koi N., Suganuma K. Electronic and optical properties of boron nitride nanotubes // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2008. V. 69. P. 1228-1231.

36. Chen Y., Zou J., Campbell S. J., Le Caer G. Boron nitride nanotubes: Pronounced resistance to oxidation // Applied Physics Letter. 2004. V. 84. No. 1. P. 2430-2432.

37. Koch C.C., Ovid'ko I.A., Seal S., Veprek S. Structural nanocrystalline materials: fundamentals and applications. Cambridge University Press, Cambridge, 2007. 364 p.

38. Crosby A.J., Lee J.-Y. Polymer nanocomposites: the «папо» effect on mechanical properties // Polymer Reviews. 2007. V. 47. P. 217-229.

39. Shaffer M., Sandler J.W. Carbon nanotube/nanofibre polymer composites / Processing and properties of nanocomposites. 2006.

40. Nan C.-W., Shen Y., Ma J. Physical properties of composites near percolation // Annu. Rev. Mater. Res. 2010. V. 40. P. 131-151.

41. Zhi Ch. et al. Towards thermoconductive, electrically insulating polymeric composites with boron nitride nanotubes as fillers // Adv. Funct. Mater. 2009. V. 19. P. 1857-1862.

42. Laoutid F., et al. New prospects in flame retardant polymer materials: from fundamentals to nanocomposites // Materials Science and Engineering R. 2009. V. 63. P. 100-125.

43. Liu J., Cao D., Zhang L. Molecular dynamics study on nanoparticle diffusion in polymer melts: A test of the Stokes-Einstein law // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. P. 6653.

44. Воронина E.H. Многомасштабное моделирование полимерных нанокомпозитов // Ядерная физика. 2011. Т. 74. № 11. С. 1649-1669.

45. Hirsch A., Vostrowsky O. Functionalization of carbon nanotubes // Top Curr Chem. 2005. V. 245. P. 193-237.

46. Zeng Q.H., et al. Multiscale modeling and simulation of polymer nanocomposites // Prog. Polym. 2008. V. 33. P. 191-269.

47. Lordi V., Yao N. Molecular mechanics of binding in carbon nanotubes-polymer composites //J. Mater. Res. 2000. V. 15. No. 12. P. 2770-2779.

48. Zheng Q., et al. Investigation of molecular Interactions between SWNT and polyethylene/polypropylene/polystyrene/polyaniline molecules // J. Phys. Chem. C. 2007. V. 111. P. 4628-4635.

49. Liu J.Q., Xiao Т., Liao K., Wu P. Interfacial design of carbon nanotube polymer composites: a hybrid system of noncovalent and covalent functionalizations // Nanotechnology. 2007. V. 18. 165701.

50. Wu J., Mather Р.Т. POSS polymers: Physical properties and biomaterials applications / Macromolecular Science R, Part C: Polymer Reviews. 2009. V. 49. P. 25-63.

51. Новиков Л.С. Радиационные воздействия на материалы космической техники. М.: Университетская книга, 2010. 192 с.

52. Новиков Л.С., Милеев В.Н., Воронина Е.Н., Галанина Л.И., Маклецов А.А., Синолиц В.В. Радиационные воздействия на материалы космической техники // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2009. № 3. С. 32-48.

53. Ackland G. Controlling radiation damage. Science. 2010. V. 327. P. 1587-1588.

54. Andrievskii R.A. Effect of irradiation on the properties of nanomaterials // The Physics of Metals and Metallography. 2010. V. 110. No. 3. P. 229-240.

55. Multiscale simulation methods for nanomaterials. Eds. Mohanty S., Ross R. Wiley, John&Sons, Hoboken, 2008. 300 p.

56. Martin R.M. Electronic structure: basic theory and practical methods. Cambridge University Press, Cambridge, 2004. 640 p.

57. Jensen F. Introduction to computational chemistry. John Wiley & Sons Chichester, 2007. 620 p.

58. Sholland D.S., Steckel J. Density functional theory: a practical introduction. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken. 238 p.

59. Степанов Н.Ф. Квантовая механика и квантовая химия. М.: Изд-во МГУ, 2001. 520 с.

60. Time-dependent density functional theory. Eds. Marques M.A.L., Ullrich C.A., Nogueira F., et al. Springer-Verlag, Berlin, 2006. 706 p.

61. Frauenheim Th., et al. Atomistic simulations of complex materials: groundstate and excited-state properties // J. Phys. Cond. Matter. 2002. V. 14. P. 3015-3047.

62. Elstner M., et al. Self-consistent-charge density-functional tight-binding method for simulations of complex materials properties // Phys. Rev. B. 1998. V. 58. P. 7260-7268.

63. Oliveira A.F., Seifert G., et al. Density functional based tight-binding: an approximate DFT method // J. Braz. Chem. Soc. 2009. V. 20. No. 7. P. 1193-1205.

64. Mulliken R.S. Electronic population analysis on LCAO-MO molecular wave functions. I. // The Journal of Chemical Physics. 1955. V. 23. No. 10. P. 1833-1831.

65. Ибрагимов И.М., Ковшов A.H., Назаров Ю.Ф. Основы компьютерного моделирования наносистем. СПб.: Лань, 2010. 384 с.

66. Chennamsetty N., Bock H., Lísal M., Brennan J.K. An introduction to coarse-graining approaches: linking atomistic and mesoscales / Process Systems Engineering. V. 6. Wiley-VCH Verlag, Weinheim, 2010.

67. Hoogerbrugge P.J., Koelman J.M. Simulating microscopic hydrodynamic phenomena with Dissipative Particle Dynamics // Europhys. Lett. 1992. V. 19. P. 155-160.

68. Groot R.D., Warren P.B. Dissipative particle dynamics: Bridging the gap between atomistic and mesoscopic simulation//J. Chem. Phys. 1997. V. 107. P. 4423-4435.

69. Español P., Warren P. Statistical mechanics of Dissipative Particle Dynamics // Europhys. Lett. 1995. V. 30. P. 191-196.

70. Fraaije J.G. E. M., van Vlimmeren B.A.C., Maurits N.M., et al. The dynamic mean-field density functional method and its application to the mesoscopic dynamics of quenched block copolymer melts // Journal of Chemical Physics. 1997. V. 106. P. 4260^1269.

71. Maiti A., Wescott J., Kung P. Nanotube-polymer composites: insights from Flory-Huggins theory and mesoscale simulations // Molecular Simulation. 2005. V. 31. No. 2. P. 143-149.

72. Flory P.J. Principles of Polymer Chemistry. Cornell University Press, Ithaca, 1953. 688 p.

73. Bergin S.D., Sun Zh., Rickard D., et al. Multicomponent solubility parameters for singlewalled carbon nanotube solvent mixtures // ACS NANO. 2009. V. 3. No. 8. P. 2340-2350.

74. Hildebrand, J.H., Prausnitz J.M., Scott R.L. Regular and Related Solutions. Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1970. 228 p.79. http://accelrys.com/products/materials-studio/index.html

75. Kroese D.P., Taimre Т., Botev Z.I. Handbook of Monte Carlo methods. John Wiley and Sons, New York, 2011. 772 p. (Wiley Series in Probability and Statistics).81. http://www.srim.org/SRIM/SRIM2011 .htm

76. GEANT Detector Description and Simulation Tool. Geneva, CERN, 1993.

77. Sorescu D.C., Jordan K.D., Avouris Ph. Theoretical study of oxygen adsorption on graphite and the (8,0) single-walled carbon nanotube // J. Phys. Chem. B. 2001. V. 105. P. 1122711232.

78. Dag S., Gulseren O., Yildirim Т., Ciraci S. Oxygenation of carbon nanotubes: Atomic structure, energetics, and electronic structure // Physical Review B. 2003. V. 67. 165424.

79. Gianozzi P., Car R., Scoles G. Oxygen adsorption on graphite and nanotubes // Journal of Chemical Physics. 2003. V. 118. No. 3. P. 1003-1006.

80. Grujicic M. The effect of topological defects and oxygen adsorption on the electronic transport properties of single-walled carbon-nanotubes // Applied Surface Science. 2003. V. 211. No. 1-4. P. 166-183.

81. Guo Y., Jiang L., Guo W. Opening carbon nanotubes into zigzag grapheme nanoribbons by energy-optimum oxidation // Physical Review B. 2010. V. 82. 115440.

82. Ashraf M.K., Bruque N. A., Pandey R.R., et al. Effect of localized oxygen functionalization on the conductance of metallic carbon nanotubes // Phys. Rev. B. 2009. V. 79. 115428.

83. Li J.-L., Kudin K.N., McAllister M.J., et al. Oxygen-driven unzipping of graphitic materials // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 96. 176101.

84. Kosynkin D.V., Higginbotham A.L., Sinitskii A., et al. Longitudinal unzipping of carbon nanotubes to form graphene nanoribbons // Nature. 2009. V. 458. P. 872-877.

85. Rangel N.L., Sotelo J.C., Seminario J.M. Mechanism of carbon nanotubes unzipping into graphene ribbons // Journal of Chemical Physics. 2009. V. 131. 031105.

86. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. P. 3865-3868.

87. Perdew, J. P.; Wang, Y. Accurate and simple analytic representation of the electron-gas correlation energy // Phys. Rev. B. 1992. V. 45. 13244-13249.

88. Monkhorst H.J., Pack J.D. Special points for Brillouin-zone integrations // Phys. Rev. B. 1976. V. 13. P. 5188-5192.

89. Froudakis G.E., Schnell М., et al. Pathways for oxygen adsorption on single-wall carbon nanotubes // Physical Review B. 2003. V. 68, 115435.

90. Chen Y., Hu Ch.-H., Li J.-Q., et al. Theoretical study of O2 adsorption and reactivity on single-walled boron nitride nanotubes // Chemical Physics Letters. 2007. V. 449. P. 149-154.

91. Larcipretea R., Gardoniob S., Petacciab L., Lizzit S. Atomic oxygen functionalization of doublewalled С nanotubes // Carbon. 2009. V. 47. P. 2579-2589.

92. Mann D.J., Halls M.D. Ab initio simulations of oxygen atom insertion and substitutional doping of carbon nanotubes // Journal of Chemical Physics. 2002. V. 116, No. 20. P.

93. Jiang D., Sumpter B.G., Dai Sh. The unique chemical reactivity of a graphene nanoribbon's zigzag edge // J. Chem. Phys. 2007. V. 126. 134701.

94. Ito J., Nakamura J., Natori F. Semiconducting nature of the oxygen-adsorbed graphene sheet // Journal of Applied Physics. 2008. V. 103. 113712.

95. Nourbakhsh A., Cantoro M., Vosch Т., et al. Bandgap opening in oxygen plasma-treated grapheme //Nanotechnology. 2010. V. 21. 435203.

96. Krasheninnikov A.V., Nordlund K. Ion and electron irradiation-induced effects in nanostructured materials // Journal of Applied Physics. 2010. V. 107. P. 071301.

97. Jin Ch., Lin F., Suenaga K., Iijima S. Fabrication of a freestanding boron nitride single layerand its defect assignments // Physical Review Letters. 2009. V. 102. P. 195505.

98. Dai X.J., Chen Y., Chen Zh., et al. Controlled surface modification of boron nitride nanotubes //Nanotechnology. 2011. V. 22. 245301.

99. Ion Beams in Nanoscience and Technology. Eds. R. Hellborg et al. Springer, Berlin, 2010. 457 p. (Particle Acceleration and Detection).

100. Handbook of Material Modeling. Ed. Yip S. Springer, 2005. 2965 p.

101. Kotakoski J., Krasheninnikov A.V., Nordlung K. Atomistic simulations of irradiation effects in carbon nanotubes: an overview // Radiation Effects & Defects in Solids. 2007. V. 162. No. 3^1. P. 157-169.

102. Piquini P., Baierle R.J., Schmidt T.M., Fazzio A. Formation energy of native defects in BN nanotubes: an ab initio study //Nanotechnology. 2005. V. 16. P. 827.

103. Gou G.Y., Pan B.C., Shi L. Theoretical study of size-dependent properties of BN nanotubes with intrinsic defects // Physical Review B. 2007. V. 76. 155414.

104. Frenzel J., Oliveira A. F., Jardillier N., et al. Semi-relativistic, self-consistent charge Slater-Koster tables for density-functional based tight-binding (DFTB) for materials science simulations. TU-Dresden 2004-2009.

105. Li X.M., Tian W.Q., Huang H.R. Theoretical explorations on the armchair BN nanotube with defects // J. Nanopart. Res. 2009. V. 11. P. 395-403.

106. Si M.S., Xue D.S. Magnetic properties of vacancies in graphitic boron nitride sheet by first-priciples pseudopotential calculations //Physical ReviewB. 2007. V. 75. 193409.

107. Zobelli A., Ewels C.P., Gloter A., et al. Defective structure of BN nanotubes: From single vacancies to dislocation lines //Nano Lett. 2006. V. 6. No. 9. P. 1955-1960.

108. Wang C., Wang C.Y. Geometry and electronic properties of single vacancies in achiral carbon nanotubes // Eur. Phys. J. B. 2006. P 243-247.

109. Krasheninnikov A.V., Banhart F., Li J.X., et al. Stability of carbon nanotubes under electron irradiation: Role of tube diameter and chirality // Phys. Rev. B. 2005. V. 72.125428.

110. Zobelli A., Gloter A., Ewels C.P., et al. Electron knock-on cross section of carbon and boron nitride nanotubes // Physical Review B. 2007. V. 75, 245402.

111. Kotakoski J., Jin C.H., Lehtinen O., Suenaga K., Krasheninnikov A.V. Electron knock-on damage in hexagonal boron nitride monolayers // Physical Review B. 2010. V. 82. 113404.

112. Krasheninnikov A.V., Miyamoto Y., Tomanek D. Role of electronic excitations in ion collisions with carbon nanostructures // Physical Review Letters. 2007. V. 99. 016104.

113. Mayo S.L., Olafson B.D., Goddard W.A. J. DREIDING: a generic force field for molecular simulations //Phys. Chem. 1990. V. 94. P. 8897-8909.

114. Rappe A.K., Casewit C.J., Colwell K.S., et al. // Ski J. Am. Chem. Soc. 1992. V. 114. P. 10024.

115. Sun H. COMPASS: An ab initio forcefield optimized for condensed-phase applications -Overview with details on alkane and benzene compounds // J. Phys. Chem. B. 1998. V.102. P. 7338.

116. Hilder T.A., Yang R., Ganesh V. Validity of current forcefields for simulations on boron nitride nanotubes // Micro&Nano Letters. 2010. V. 5. No. 2. P. 150-156.

117. Rappe A. K., Goddard W. A. III. Charge equilibration for molecular dynamics simulations //J. Phys. Chem. 1991. V. 95. P. 3358.

118. Nyden M.R., Stanislav I. Stoliarov. Calculations of the energy of mixing carbon nanotubes with polymers // Polymer. 2008. V. 49. P. 635-641.

119. Чирская Н.П., Воронина E.H., Милеев B.H., Новиков Л.С., Синолиц В.В. Полимерные композиты для создания высокоэффективных систем радиационной защиты космических аппаратов // Физика и химия обработки материалов. 2011. № 4. С. 18-25.

120. International Standard. Space systems Space environment - Simulation guidelines for radiation exposure of non-metallic materials. ISO 15856:2010(E), 2010. 24 p.