Дослідження карбонових нанотрубок за допомогою онлайн-платформи nanoHub

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЗ «Луганський національний університет імені Тараса Шевченка»

Дослідження карбонових нанотрубокза допомогою онлайн-платформи nanohub

Бондаренко Ліна Ігорівна

канд. пед. наук, доцент кафедри фізико-технічних систем та інформатики

Жевага Дар'я Михайлівна здобувач вищої освіти навчально-наукового інституту фізики, математики та інформаційних технологій

Україна

Анотація

У роботі розглянуто визначення та основні характеристики карбонових нанотрубок (CNTs) такі як міцність, жорсткість, електрична та теплопровідності, щільність. Наведено приклади структур - крісельну, зигзагоподібну та хіральну. Розкрито можливості використання інструментів онлайн-платформи nanoHub для досліджень карбонових нанотрубок, наведено перелік основних інструментів та їх призначення. Більш детальніше розглянуто можливості інструменту CNTbands, який моделює E-k і DOS карбонових нанотрубок (CNTs) і графенових нанострічок.

Ключові слова: карбонові нанотрубки, CNTs, структура карбонових нанотрубок, інструмента дослідження, nanoHub, CNTbands.

Дослідження наноматеріалів залишається актуальним багато років. Вуглецеві нанотрубки їх характеристики та властивості широко описуються в літературі.

Так у наукових публікаціях можемо зустріти наступні визначення вуглецевих (карбонових) нанотрубок (Carbon nanotubes, CNTs):

Однією з найцікавіших груп sp2 -наноалотропів вуглецю є нанотрубки (НТ) - порожнисті протяжні (квазіодномірні) наноструктури циліндричної морфології, стінки яких утворені гексагонами С6 [1].

Вуглецеві нанотрубки (ВНТ) - це графітові вуглецеві матеріали, які утворюються у вигляді порожнистих нанотрубок за певних умов синтезу. Вони класифікуються як одностінні (SWCNT), двостінні (DWCNT) і багатостінні (MWCNT). Вони широко використовуються як вуглецеві наноматеріали в багатьох сферах застосування завдяки своїм винятковим оптичним, електричним і механічним характеристикам [9]. Вуглецеві нанотрубки - це протяжні циліндричні структури діаметром від одного до декількох десятків нанометрів і довжиною до декількох мікрометрів. Вони складаються з однієї або декількох згорнутих у трубку гексагональних графітових шарів (графенів) і закінчуються напівсферичною головкою. Розрізняють металеві й напівпровідникові вуглецеві нанотрубки [3].

ВНТ - це унікальний елемент електроніки майбутнього. Залежно від геометрії ВНТ (це називається «хіральністю») електричні властивості можуть змінюватися в 105 разів (від н/п до металу) [5]. ВНТ -- це циліндричні структури діаметром від одного до декількох десятків нанометрів і завдовжки до декількох десятків нанометрів [4]. Широкого опису в літературі набули можливості біомедичного застосування карбонових нанотрубок.

Отже, Карбонові (Вуглецеві) нанотрубки (Carbon nanotubes, CNTs) - це структури з карбону, які мають форму трубок, де діаметр складає кілька нанометрів, а довжина може досягати кількох сантиметрів або більше.

Ось деякі з основних властивостей карбонових нанотрубок виділені на основі розглянутих джерел [1,2,3,4,5,9]:

Висока міцність: Карбонові нанотрубки мають надзвичайно високу міцність, яка перевищує міцність сталі приблизно в 100 разів.

Висока жорсткість: Карбонові нанотрубки також мають високу

жорсткість, що означає, що вони можуть витримувати великі деформації без пошкоджень.

Електрична провідність: Карбонові нанотрубки є відмінними

електричними провідниками.

Теплопровідність: Карбонові нанотрубки мають високу

теплопровідність, що означає, що вони можуть ефективно передавати тепло.

Низька щільність: Карбонові нанотрубки мають дуже низьку щільність, що робить їх легкими.

Що стосується досліджень carbon nanotubes (англ. CNTs - carbon nanotubes), то nanoHub може бути корисним інструментом для вивчення та моделювання властивостей та характеристик карбонових нанотрубок.

Деякі з можливостей, які надає nanoHub, пов'язані з дослідженнями CNTs: міцність жорсткість карбоновий нанотрубка

Інструменти для аналізу та візуалізації.

NanoHub містить інструменти, які дозволяють аналізувати дані та візуалізувати результати досліджень. Це може бути корисно для вивчення структури CNTs, їх взаємодії з іншими матеріалами та властивостями. У табл. 1 зазначені приклади таких інструментів.

Таблиця 1 Приклади інструментів з дослідження карбонових нанотрубок (CNTs) у NanoHub та їх призначення [7]

Онлайн-курси та навчальні матеріали. NanoHub також надає доступ до різних навчальних матеріалів, онлайн-курсів та лекцій, пов'язаних з нанотехнологіями та наноматеріалами.

Наприклад навчальний модуль «Зонова структура вуглецевих нанотрубок і нанострічок» (https://nanohub.org/resources/2762) знайомить користувачів з інструментом моделювання вуглецевих нано-смуг, який імітує зонну структуру вуглецевих нанотрубок (CNT) і нанострічок (CNR) [6].

Моделювання та симуляція. NanoHub надає доступ до різних інструментів моделювання та симуляції, які дозволяють вивчати поведінку CNTs, їх структуру, електронні та механічні властивості. Застосування таких інструментів може допомогти дослідникам краще розуміти властивості CNTs і їх можливі застосування в різних областях.

Розглянемо приклад однієї з таких програм - CNTbands. Цей інструмент моделює E-k і DOS карбонових нанотрубок (CNTs) і графенових нанострічок.

На рис.1 показано вигляд та основні характеристики крісельної, зигзагоподібної та хіральної структур карбонових нанотрубок (CNT s) [2]. Саме ці структури дає можливість дослідити програма CNTbands у nanoHub [8].

Приклади досліджень наведені на рис. 2-4.

Рис. 1. Структури нанотрубок (напрямки згортання)

Статистика використання інструменту CNTbands наведена на рис. 5., за якою можемо побачити широту використання та ріст затребуваності даної програми у науковій спільноті.

Рис. 5. Статистика використання інструменту CNTbands на nanoHUB

Висновки. Властивості карбонових нанотрубок (CNTs) демонструють їх унікальність, а проведений аналіз онлайн-платформи nanoHUB показує широкі можливості з дослідження CNTs з використанням даної платформи. Зацікавленість у дослідженні структурних властивостей карбонових нанотрубок зростає з часом, про що свідчить статистика використання програми CNTbands.

Список використаних джерел

1. Боровий, М. О., Куницький, Ю. А., Каленик О.О., & Овсієнко, І. В. (2015).

2. НАНОМАТЕРІАЛИ, НАНОТЕХНОЛОГІЇ, НАНОПРИСТРОЇ. «Інтерсервіс».

3. Меняйло, В. І., Міщенко, В. Г., Долгорукий, П. Ю., & Себало, М. Я. (2018). ФІЗИКА НАНОМАТЕРІАЛІВ ТА КОМПОЗИТІВ. ЗНУ.

4. Поплавко, Ю. М., Борисов, О. В., & Якименко, Ю. І. (2012). Нанофізика, наноматеріали, наноелектроніка. НТУУ «КПІ».

5. Прилуцька, С. В., Ременяк, О. В., Гончаренко, Ю. В., & Прилуцький, Ю. І. (2006). ЦЕВІ НАНОТРУБКИ ЯК НОВИЙ КЛАС ВУГЛЕЦЕВІ НАНОТРУБКИ ЯК НОВИЙ КЛАС МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ НАНОБІОТЕХНОЛОГІЇ. 2(2), 55-66.

6. Проценко, І. Ю. (2017). Наноматеріали і нанотехнології в електроніці. Сумський державний університет.

7. Fodor, J. K., Hong, S., & Guo, J. (2007). Bandstructure of Carbon Nanotubes and Nanoribbons.

8. Nanohub. Org--Resources: Tools. (б. д.). Вилучено 27, Червень 2023

9. Seol, G. (2006). Cntbands.

10. Shariatinia, Z. (2021). Chapter 7--Applications of carbon nanotubes. В S. Thomas, C. Sarathchandran, S. A. Ilangovan, & J. C. Moreno-Pirajan (Ред.), Handbook of CarbonBased Nanomaterials (с. 321 -364). Elsevier.

Размещено на Allbest.ru