Свойства углеродных наноструктур

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3
1. Общая характеристика наноструктур (наноматериалов) 4
1.1 Общие сведения 4
1.2 Углеродные молекулы. Природа углеродной связи 5
2. Углеродные наноструктуры 7
2.1 Фуллерены 7
2.2 Углеродные нанотрубки 11
2.3 Графен 17
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 23

1.2 Углеродные молекулы. Природа углеродной связи
Рассмотрим особенности углеродной связи и электронную структуру атома углерода. В нем имеется шесть электронов, которые в невозбужденном состоянии находятся на низших энергетических уровнях. Когда атом углерода связан в молекуле с другими атомами, его электронная структура выглядит так: (1s)2(2s)(2px)(2py)(2pz).
На нижнем уровне – 1s – находятся два электрона с противоположно направленными спинами. Распределение заряда электрона в s-состоянии сферически симметрично, и 1s-электроны не принимают участие в образовании химических связей. Остальные четыре электрона находятся на уровне с n = 2: один на сферически симметричной s-орбитали, а остальные три на рx-, рy-, рz-орбиталях. Распределение заряда на р-орбиталях имеют сильно удлиненную в одном направлении форму (Рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Распределение заряда на р-орбиталях атома углерода

Внешняя s-орбиталь и 3р-орбитали формируют химические связи атома углерода с другими атомами.
...

2. Углеродные наноструктуры
2.1 Фуллерены
Фуллерены представляют собой класс новых аллотропных модификаций углерода. В отличие от других известных аллотропов (алмаза, графита и карбина) они являются молекулярными модификациями. Существование углеродных кластеров впервые обнаружено в 1985 г ., а в последующие годы некоторые из них были выделены, и список этот постоянно пополняется.
Следует отметить, что впервые полые замкнутые графитовые молекулы упоминались еще в 1966 г., т.е. за 19 лет до их открытия. Впоследствии возможность существования сферических углеродных структур – карбододекаэдра C20 и карбо-S-икосаэдра C60 – была предсказана на основании квантовохимических расчетов.
Изучение фуллеренов связано с различными областями исследований. Эти углеродные структуры из химии давно проникли в физику, астрофизику, биологию, геологию, медицину, материаловедение, математику, порождая новые научные направления на стыке нескольких наук.
...

2.2 Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки – это материал, которым грезят многие ученые. Высокий коэффициент прочности, превосходная тепло- и электропроводность, огнестойкость и весовой коэффициент на порядок выше, чем у большинства известных материалов. Углеродные нанотрубки представляют свернутый в трубку лист графена. Русские ученые Константин Новоселов, а также Андрей Гейм за его открытие получили Нобелевскую премию в 2010 году.
Впервые же наблюдать за углеродными трубками на поверхности железного катализатора могли советские ученые еще в 1952 году. Однако потребовалось пятьдесят лет, чтобы ученые смогли увидеть в нанотрубках перспективный и полезный материал. Одним из поразительных свойств этих нанотрубок является то, что их свойства определяются геометрией. Так от угла скручивания зависят их электрические свойства — нанотрубки могут демонстрировать полупроводниковую и металлическую проводимость.
...

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Федоров А.В. и др. Физика наноструктур. - Учебное пособие. — СПб.: Университет ИТМО, 2014. — 130 с.
2. Гусейн-заде Н.Г., Звездин К.А., Романовский М.Ю. Курс лекций по физике наноструктур. - Учебное пособие. — М.: МИРЭА, 2012. — 208 с.
3. Суздалев И.П. Электрические и магнитные переходы в нанокластерах и наноструктурах. - М.: КРАСАНД, 2012. — 480 с.
4. Драгунов В.П., Неизвестный И.Г. Наноструктуры: физика, технология, применение. - учеб. пособие / В.П. Драгунов, И.Г. Неизвестный. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2008. – 356 с.
5. Кодолов В.И. (ред.) От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к нано- индустрии. - Тезисы докл. Третьей междунар. конф. (Ижевск, 3–5 апреля 2013 г.) / под общ. ред. В. И. Кодолова. – Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 2013. – 132 с.
6. Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов: Межвузовский сборник научных трудов. - Тверь: Твер. гос. ун-т, 2011 Вып. 3 284 с.
7. Русанов А.И.
...