Влияние адсорбированных атомов металлов 1 группы на эмиссионные свойства закрытых ультракоротких углеродных нанотрубок

1 сл. Здравствуйте! Представляю вашему вниманию магистерскую диссертацию на тему: Влияние адсорбированных атомов металлов 1 группы на эмиссионные свойства закрытых ультракоротких углеродных нанотрубок.

2 сл. Интенсивная эмиссия с концов нанотрубок наблюдается при приложении даже небольшого по величине электрического поля, данное явление носит название полевой эмиссии. Актуальной проблемой нанотехнологий является исследование природы и параметров процессов адсорбции углеродными нанотрубками, в ходе которой происходит изменение электронного спектра, что может повлиять на работу выхода электронов, которая в значительной степени определяет эмиссионные свойства УНТ. В связи с этим целью данной квалификационной работы является – изучение влияния адсорбции атомов металлов I группы на эмиссионные свойства закрытых ультракоротких углеродных нанотрубок. Задачами данной работы является исследование влияния природы адсорбируемого атома, хиральности углеродных нанотрубок, и действия электрического поля на энергию адсорбции, распределение заряда, локальные состояния, генерируемые адатомом и эмиссионные свойства

3 сл. В качестве исследуемых моделей были взяты углеродные нанотрубки конфигурации «armchair» хиральности 5,5 с количеством углерода 110 атомов и конфигурации «zigzag» хиральности 9,0 с количеством углерода в 150 атомов. Структура исходных моделей и шапок, закрывающих концы УНТ представлены на слайде.

4 сл. Адсорбция атомов металлов I группы (K, Na и Ag) на поверхность нанотрубок осуществлялась в три различных положения: центральное, боковое и на крышку. Оптимизация геометрической структуры и расчет полной энергии проводились с помощью неограниченного метода Хартри-Фока в базисе 3-21G при действии электрического поля с значениями напряженности 0,1; 0,2; 0,3 В/Å и при его отсутствии на вычислительном кластере МГУ им. Н.П. Огарева с применением пакета прикладных программ FireFly.

5 сл. Для оценки возможности адсорбции атомов металлов I группы на поверхности углеродных нанотрубок (5,5) и (9,0), рассчитывалась энергия адсорбции (ΔEaдс) с помощью уравнения с обозначениями, представленного на слайде. Результаты представлены в виде графических зависимостей энергий адсорбции от типа и положения адатомов в отсутствии или при приложении напряженности электрического поля. Следует отметить, что независимо от природы атомов и их положения, а также влияния электрического поля для обеих нанотрубок энергии адсорбции принимают отрицательные значения, за исключением УНТ (9,0) с адатомами серебра, энергии которых положительны и далее рассматриваться не будут. Также при переходе от калия к серебру |ΔEads| уменьшается.

6 сл. Как видно из графиков по значению |ΔEads| для нанотрубок с хиральностью (5,5) выгодна адсорбция атомов натрия и калия в положение 1, для атома серебра в положение 2. В свою очередь для нанотрубок хиральностью (9,0) наиболее выгодно положение 3 для адсорбции атомов Na и K. Таким образом, адсорбция атомов щелочных металлов наиболее предпочтительна на углеродной нанотрубке (5,5), чем на УНТ (9,0).

7 сл. Как видно на рисунках, независимо от напряжения поля при переходе от 1 к 3 положению для атомов натрия и калия наблюдается уменьшение |ΔEads|, максимальное значение достигается в первом положении, которое будет выгодным для адсорбции. Для атома серебра происходит небольшое скачкообразное изменение значений энергии адсорбции, для данного адатома оптимальным будет положение 2. Следовательно, как и для результатов, полученных без приложения поля, лучше всего происходит адсорбция атома калия при Е = 0,1 В/А° и Е = 0,2 В/А в первое положение, и хуже всего адсорбция атома серебра при всех значениях напряженности. При Е = 0,3 В/А° адсорбция К будет лучше во втором положении и для Na в 1-ом положении, что видно из графика.