Введение
Глава 1. Современное состояние исследований в области изучения низкоразмерных материалов 17
1.1 Методы получения графена 17
1.2 Графеновые ленты 20
1.2.1 Классификация 20
1.2.2 Методы получения 23
1.2.3 Зависимость электронной структуры графеновых лент от механического напряжения 34
1.2.4 Химическая модификация лент 35
1.3 Функционализированный графен 39
1.3.1 Графан 41
1.3.2 Фторид графена 48
1.3.3 Допирование графена 49
1.4 Перспективность углеродных наноструктур как адсорбентов для водорода53
1.5 Неуглеродные нанотрубки 57
1.5.1 Нанотрубки состава BN 58
1.5.2 Нанотрубки состава WS2 и MoS2 59
1.6 Теоретические методы квантово-химического расчёта 60
1.6.1 Теория функционала электронной плотности 61
1.6.1.1 Теория Томаса-Ферми 63
1.6.1.2 Теория Хоэнберга и Кона 66
1.6.1.3 Самосогласованные уравнения Кона-Шэма 70
1.6.1.4 Приближение локальной электронной плотности 74
1.6.2 Обобщённое градиентное приближение 78
1.6.3 Алгоритм расчёта с помощью теории функционала электронной
плотности 79
1.7 Эмпирические потенциалы 80
1.7.1 Парный потенциал Леннарда-Джонса 82
1.7.2 Многочастичный потенциал Терсоффа 85
1.7.3 Многочастичный потенциал Бреннера 87
1.8 Выводы к главе 98
Глава 2. Исследование структур на основе графена 99
2.1 Особенности электронных свойств графена с адсорбированными на его
поверхность атомами водорода 99
2.1.1 Введение 99
2.1.2 Вычислительный метод и детали расчёта 104
2.1.3 Атомная структура и классификация 104
2.1.4 Электронная структура графена «разлинованного» цепочками атомов
водорода 106
2.1.5 Разветвлённые структуры на графене «разлинованном» цепочками атомов
водорода 112
2.1.6 Свойства графена «разлинованного» разреженными цепочками атомов
водорода 114
2.1.7 Возможный метод создания на графене цепочек атомов водорода 115
2.1.8 Экспериментальные данные 118
2.2 Графеновые дорожки и квантовые точки на фторированном графене 119
2.2.1 Введение 119
2.2.2 Вычислительный метод и детали расчёта 119
2.2.3 Атомная структура фторографена 120
2.2.4 Образование фторографена 122
2.2.5 Графеновые дорожки на фторографене 125
2.2.6 Графеновые квантовые точки на фторографене CF и C4F 128
2.3 Электронная структура нанокомпозитов графен - углеродная нанотрубка 132
2.4 Выводы к главе 139
Глава 3. Исследования квазидвумерных наноструктур на основе sp3-гибридизованного углерода 141
3.1 Сверхтонкие алмазные плёнки с адсорбированными атомами водорода на поверхности 141
3.1.1 Введение 141
3.1.2 Вычислительный метод и детали расчёта 144
3.1.3 Атомная структура плёнок 148
3.1.4 Стабильность плёнок с поверхностью (111) 153
3.1.5 Электронные характеристики сверхтонких углеродных плёнок с алмазной структурой 154
3.1.6 Электронные характеристики сверхтонких углеродных плёнок с лонсдейлитовой структурой 158
3.1.7 Электронные свойства сверхтонких sp3-гибридизованных плёнок с поверхностью, функционализированной водой и аммиаком 159
3.1.8 Колебательные свойства плёнок с поверхностью (111) 161
3.1.9 Упругие свойства 164
3.1.9.1 Свойства алмазных плёнок с поверхностью (111) в упругой области механических напряжений 164
3.1.9.2 Свойства алмазных плёнок с поверхностью (111) в неупругой области механических напряжений 167
3.1.9.3 Механические и акустические свойства сверхтонких лонсдейлитовых плёнок нанометровой толщины 170
3.1.9.4 Свойства сверхтонких плёнок с лонсдейлитовой структурой в неупругой области механических напряжений 173
3.2 Условия эксперимента, при которых может быть получена сверхтонкая алмазная плёнка 175
3.2.1 Исследование фазового перехода «многослойный графен-sp3- гибридизованная плёнка» 175
3.2.2 Химически индуцированный фазовый переход 180
3.2.3 Стабильность и фазовая диаграмма сверхтонких лонсдейлитовых плёнок нанометровой толщины 194
3.2.4 Условия получения sp3-гибридизованных плёнок нанометровой толщины с различной структуры и ориентацией поверхности с помощью эффекта химически индуцированного фазового перехода 197
3.2.4.1 Водород и фтор 199
3.2.4.2 Вода и аммиак 201
3.2.5 Получение алмазных нанокластеров с помощью химически индуцированного фазового перехода 206
3.3 Выводы к главе 210
Глава 4. Исследования новых неуглеродных наноструктур 212
4.1 Новые баррелены и тубулены из бора 212
4.1.1 Введение 212
4.1.2 Вычислительный метод и детали расчёта 213
4.1.3 Атомная структура и классификация 213
4.1.4 Энергетические характеристики 216
4.1.5 Особенности электронной структуры барреленов 217
4.1.6 Фуллерен B50 219
4.2 Особенности структуры и свойств нанотрубок состава MgB2 и MgB3 220
4.2.1 Введение 220
4.2.2 Вычислительный метод и детали расчёта 222
4.2.3 Атомная структура и классификация 222
4.2.4 Энергетические характеристики 224
4.2.5 Электронная структура 230
4.3 Расчёт упругих свойств монослоя BN 231
4.4 Моделирование отрыва отдельных монослоёв дисульфида молибдена 235
4.5 Выводы к главе 241
Глава 5. Теоретическое исследование сорбции молекулярного водорода на углеродных наноструктурах, декорированных атомами металла 244
5.1 Соединение «графан-щелочные металлы» 244
5.1.1 Введение 244
5.1.2 Вычислительный метод и детали расчёта 245
5.1.3 Стабильность комплексов металл-графан 246
5.1.4 Изучение механизма адсорбции молекулярного водорода на комплексах графана с щелочными металлами 248
5.1.5 Адсорбция молекулярного водорода на комплексах графана с щелочными
металлами при конечной температуре 254
5.2 Карбин, декорированный атомами кальция 259
5.2.1 Введение 259
5.2.2 Вычислительный метод и детали расчёта 260
5.2.3 Стабильность комплексов кальций-карбин 260
5.2.4 Изучение адсорбции молекулярного водорода в комплексе кальций-карбин 265
5.2.5 Адсорбция молекулярного водорода на комплексе кальций-карбин при конечной температуре. 269
5.3 Выводы к главе 272
Основные выводы и результаты работы 274
Заключение 276
Список литературы
