Содержание

1. Теоретическая часть #

1.1. Открытие углеродных нанотрубок и распространённость нанотрубок в природных и технологических средах #

1.2. Основные типы и структура углеродных нанотрубок #

1.3. Основные способы получения углеродных нанотрубок ##

1.4. Свойства и применение нанотрубок ##

1.4.1. Механические свойства ##

1.4.2. Баллистический транспорт в наноразмерных системах ##

1.4.3. Полупроводниковые нанотрубки ##

1.4.4. Использование АСМ для работы с нанотрубками ##

1.4.5. Топливные элементы на основе УНТ ##

1.5. Методы расчетов электронной структуры ##

1.6. Зонная структура углеродных нанотрубок ##

1.6.1. Метод сильной связи ##

1.6.2. Расчеты зонной структуры углеродных нанотрубок методом сильной связи ##

1.6.3. Другие методы расчета углеродных нанотрубок ##

1.6.4. Экспериментальные данные по зонной структуре нанотрубок ##

1.7. Метод функционала плотности для расчета нанотрубок ##

1.7.1. Принцип минимума функционала энергии в терминах волновых функций Шредингера ##

1.7.2. Плотность электронных состояний ##

1.7.3. Теоремы Хоэнберга – Кона ##

1.7.4. Самосогласованные уравнения Кона – Шэма и обменно-корреляционная энергия ##

1.7.5. Приближение LDA ##

2. Практическая часть ##

2.1. Программное обеспечение, используемое в работе ##

2.1.1. Программный комплекс Gaussian ##

2.1.2. Базисные наборы в Gaussian ##

2.1.3. Программное обеспечение TubeGen ##

2.1.4. Файлы заданий в Gaussian ##

2.1.5. Общая схема расчета ##

2.2. Задания ##

2.3. Для самостоятельной работы ##

2.4. Вопросы ##

2.5. Рекомендуемая форма отчётности ##

3. Рекомендуемая литература ##

1. Теоретическая часть

1.1. Открытие углеродных нанотрубок и распространённость нанотрубок в природных и технологических средах

История нитевидных микро- и наноразмерных частиц углерода насчитывает более сотни лет, хотя их использование по современным данным началось возможно гораздо раньше.

В 1991 году в лаборатории японской фирмы “NEC” в продуктах дугового синтеза фуллеренов были обнаружены многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ), вызвавшие необычайно большой интерес. Открытие фуллеренов, публикация Иидзимы и последующие расчетные работы по свойствам УНТ позволили пересмотреть отношение к ним и к углеродным нановолокнам (УНВ), которые до этого считались продуктом отравления катализаторов. Если в течение длительного времени образование нитевидных углеродных наночастиц стремились подавить, то затем их стали целенаправленно получать и изучать.

1993 год ознаменовался новым достижением: открытием одностенных УНТ (ОУНТ). Публикации об этом появились в журнале “Nature”, одна зa подписями японских исследователей (Иидзима, Ичихаши, 1993), вторая – специалистов из компании IBM (см. Бетьюне, 1993) Именно эти статьи вызвали беспрецедентный рост числа исследований УНТ.

В 1994 г. синтезированы углеродные наноконусы (Харрис, 1994).

В 1995 и 1996 гг. были опубликованы результаты использования лазерно-термического способа получения ОУНТ, впервые позволившего синтезировать до 10 г сравнительно чистого материала за эксперимент. Еще через некоторое время была опубликована первая статья Р. Е. Смолли, посвящённая процессу получения ОУНТ из CO с катализатором в виде паров Fe(CO)₅ (см. Даи, 1996). Процесс, названный HiPco (high pressure СО – CO), интенсивно развивается и, по утверждениям разработчиков, вскоре станет основой первого крупномасштабного производства ОУНТ.