Перевод названия: SORPTION AND DIFFUSION OF SCANDIUM AND TITANIUM ATOMS ON CARBON NANOTUBES SURFACE
Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2016
Ключевые слова: углеродные нанотрубки, сорбция, диффузия скандия и титана, модификация поверхности углеродных нанотрубок, carbon nanotubes, sorption, scandium and titanium diffusion, carbon nanotubes surface modification
Аннотация: Рассмотрена модификация поверхности углеродных нанотрубок (УНТ) атомами переходных металлов. Модификация УНТ расширяет их сферу применения, делая более перспективными в производстве изделий микро- и наноэлектроники, которые, в свою очередь, могут найти применение в электронных блоках управления космической техники. Рассматривается Показать полностьювозможность покрытия поверхности УНТ атомами скандия и титана. Выбор атомов обусловлен потенциальной возможностью создания этими атомами равномерного покрытия, что важно для практического применения. При образовании такого покрытия важную роль играет адсорбционная способность и подвижность атомов. К настоящему времени не выявлено, является ли образующаяся в экспериментах неоднородность фундаментальным свойством или это связано с технологией процесса нанесения атомов на поверхность. Понимание основ формирования покрытия поможет контролировать процесс его нанесения. Не исключено, что однородное покрытие может образовываться только на трубках определенной хиральности или диаметра. Предположено и изучено влияние радиуса, хиральности и проводящих свойств нанотрубок на их взаимодействие с атомами скандия и титана. Представлено теоретическое исследование взаимодействия одиночных атомов скандия и титана с наборами углеродных нанотрубок типа zigzag и armchair. Построены зависимости энергии связи (Есв) и энергии активации (Еа) перехода атомов по поверхности УНТ в двух неэквивалентных направлениях от радиуса углеродных нанотрубок. Оценено влияние хиральности, радиуса и проводящих свойств УНТ на значения Есв и Еа. Результаты исследования показывают более сильное взаимодействие атома титана с поверхностью углеродного каркаса по сравнению со скандием. Искривление углеродного каркаса также способствует более сильному взаимодействию изучаемых атомов с поверхностью нанотрубок. Выявлено, что степень влияния на значения энергии связи и барьеры диффузии уменьшается в ряду «хиральность - проводящие свойства - радиус». В целом значения барьеров миграции атомов Sc и Ti по поверхности низкие, что говорит о возможности их передвижения. Такая возможность будет способствовать образованию равномерного покрытия. Представленные результаты получены методом функционала плотности в лицензионной программе VASP. Для нахождения переходного состояния и потенциальных барьеров перехода атомов металлов по поверхности УНТ применен метод упругой ленты (nudged elastic band). The study focuses on carbon nanotubes (CNT) surface modification with transition metal atoms. CNT modification expands their scope and makes them more perspective in the production of micro- and nanoelectronic devices, which, in turn, can find application in electronic control units of space technology. We have considered the possibility of scandium and titanium atoms coating on the CNT surface. Selection of atoms is due to the potential possibility of creating uniform coating by these atoms that is impotent for practice application. The adsorbing capacity and the mobility of atoms play an important role during coating formation. Until now it has not revealed whether the non-uniformity obtained in the experiment is fundamental property or it depends on coating process technology. Understanding the basics of coating formation will help control this process. It is possible that the uniform coating can be formed only on tubes with certain chirality or diameter. In this research we propose and study the influence of radius, chirality and conductive properties of nanotubes on its interaction with scandium and titanium atoms. The theoretical study of single scandium and titanium atoms interaction with a set of carbon nanotubes ”zigzag” and “armchair” types has represented. The radius dependence of binding energies (Есв) and activation energies (Еа) for surface diffusion transition metal atoms in two nonequivalent directions are built. The influence of radius, chirality and conductive properties of nanotubes on Есв and Еа values are evaluated. The results show more strong interaction between the surface of the carbon skeleton and titanium atoms as compared with scandium atoms. The curvature of the carbon skeleton also facilitates more strong interaction between studied atoms and the surface of the nanotubes. It has revealed that the degree of influence on binding energy and diffusion barrier values decreases in the set: chirality - conductive properties - radius. In general, values of activation energies are low, that reports on possibility of atoms moving. Such possibility will facilitate the formation of the uniform coating. The data presented have been obtained density functional theory approach and the Vienna Ab initio simulation package (VASP). Nudged elastic band method has been used for finding transition states and potential transition barriers of metal atoms moving on CNT surfaces.
Журнал: Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева
Выпуск журнала: Т. 17, № 3
Номера страниц: 797-803
ISSN журнала: 18169724
Место издания: Красноярск
Издатель: Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева