Деформационная и высокоэнергетическая деградации углеродных нанотрубок

Abstract

На основании квантово-химического расчета методом PM3 проведен теоретический анализ прочности одностенных углеродных нанотрубок (УНТ). Показано, что она зависит от однородности и характеристик связей в образующей группеатомов. Прочность УНТ уменьшается при возникновении различия в связях любой группы атомов углерода УНТ. Предложено оценивать прочность УНТ по величинам элементов силовой матрицы и, соответственно, колебательным спектрам УНТ, что значительно расширяет возможности исследования их свойств.Электронно-микроскопический анализ высокоэнергетического воздействия наУНТ показал, что изменения структуры УНТ можно разделить на общие и локальные. Общие воздействия на однородную многостенную УНТ приводят к разрыхлениюгруппы верхних слоев стенок УНТ и одновременному сжатию внутренних стенок, что способствует накоплению потенциальной энергии.При возникновении локальной неоднородности в верхних оболочках УНТ происходит самоорганизованный рост тубулярных структур (при достаточно малойскорости переноса), формирование Т-сопряжения УНТ разного диаметра или сплошных сфероидных углеродных наноструктур.

На підставі квантово-хімічного розрахунку методом PM3 здійснено теоретичний аналіз міцності одностінних вуглецевих нанотрубок (ВНТ). Показано, що вона залежить від однорідності й характеристики зв’язків у твірній групіатомів. Міцність ВНТ зменшується при виникненнівідмінності у зв’язках будь-якої групи атомів вуглецю ВНТ.Запропоновано оцінювати міцність ВНТ за величинами елементів силової матриці та, відповідно, коливальнимспектрам ВНТ, що значно розширює можливості дослідження їхніх властивостей. Електронно-мікроскопічний аналіз високоенергетичноговпливу на ВНТ показав, що зміни структури ВНТ можна поділити на загальні й локальні.Загальний вплив на однорідну багатостінну ВНТ призводить до розпушення групи верхніх шарів стінок ВНТ та одночасного стиснення внутрішніх стінок, що спричиняє накопичення потенційної енергії.При виникненні локальної неоднорідності у верхніхоболонках ВНТ відбувається самоорганізоване зростання тубулярних структур (за достатньо малої швидкості перенесення), формування Т-сполучення ВНТ різного діаметра або суцільних сфероїдних вуглецевих наноструктур.

Based on the quantum-chemical calculations by PM3 a theoretical analysis of the strength of single-wall carbon nanotubes (CNT) has been carried out. We show that it depends on the homogeneity and the characteristics of bonds in a forming group of atoms. The strength of NT decreases when a difference in bonding in any group of carbon atoms CNT arises. We propose to evaluate the strength of CNT in accordance with the values of the power matrix, and correspondingly vibrational spectra of NT, that significantly enhances the potential for study of their properties. Electron microscopic analysis of high-energy impact on the CNT has shown that changes in the structure of CNT can be divided into general and local. The general impact on homogeneous multi-wall CNT lead to loosening of the group of upper layers of the walls and the simultaneous contraction of NT internal walls that results in accumulation of potential energy. In the case of a local inhomogeneity in the upper shells of CNT self-growth of tubular structures (with a sufficiently low transfer speed), formation of T-coupling of CNT of different diameter, or forming of continuous spheroid carbon nanostructures takes place.