Механические свойства многостенных углеродных хиральных нанотрубок и жгутов из них: in silico исследования в рамках метода функционала плотности в приближении сильной связи
Глухова О.Е.1,2, Колесниченко П.А.1, Слепченков М.М.1
1Институт физики, Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Саратов, Россия
2Институт бионических технологий и инжиниринга, Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России, Москва, Россия
Email: glukhovaoe@info.sgu.ru
Поступила в редакцию: 6 мая 2025 г.
В окончательной редакции: 8 мая 2025 г.
Принята к печати: 8 мая 2025 г.
Выставление онлайн: 21 июня 2025 г.
Квантово-механическими методами выявлены закономерности электронных и механических свойств многостенных углеродных нанотрубок с внутренним каналом ~4-5 nm, в том числе при объединении в жгуты. Разработаны новые методики: I) генерации атомистических суперячеек атомных сеток многостенных трубок и жгутов из них; II) вычисления площади в поперечном сечении произвольного меандра из нанотрубок в составе жгута для расчета модуля Юнга. С помощью разработанных методик и метода DFTB (метод функционала плотности в приближении сильной связи) исследованы закономерности соотношения "напряжение-деформация" при растяжении хиральных нанотрубок и жгутов из них в диапазоне 0.1-10 %. Установлено, что константы упругости (модуль Юнга, коэффициент Пуассона) для жгутов из трех многостенных трубок превышают аналогичные для отдельных аналогичных трубок в несколько раз, что делает их перспективными в области разработки новых материалов для корпусирования электронных приборов в условиях экстремальных нагрузок. Ключевые слова: углеродные многостенные хиральные нанотрубки, модуль Юнга, коэффициент Пуассона, жгуты из хиральных многостенных нанотрубок, метод функционала плотности в приближении сильной связи (DFTB).
- А.В. Елецкий. УФН 177, 233-274 (2007)
- Ю.А. Баимова, Р.Т. Мурзаев, С.В. Дмитриев. ФТТ 56, 10, 1946 (2014)
- C.H. Wong, V. Vijayaraghavan. Comput. Mater. Sci. 53, 1, 268-277 (2012)
- A.M. Beese, X.D. Wei, S. Sarkar, R. Ramachandramoorthy, M.R. Roenbeck, A. Moravsky, M. Ford, F. Yavari, D.T. Keane, R.O. Loutfy, S.T. Nguyen, H.D. Espinosa. ACS Nano 8, 11, 11454-11466 (2014)
- C.F. Cornwell, C.R. Welch. Molecular Simulation, 38, 13, 1032-1037 (2012)
- X. Liu, W. Lu, O.M. Ayala, L.-P. Wang, A.M. Karlsson, Q. Yang, T.-W. Chou. Nanoscale 5, 5, 2002-2008 (2013)
- G. Gul, R. Faller, N. Ileri-Ercan. Biophys. J. 122, 10, 1748-1761 (2023)
- B. Arash, H.S. Park, T. Rabczuk. Compos. B: Eng. 80, 92-100 (2015)
- D. Zhao, X.Q. Wang, L.-H. Tam, C.L. Chow, D. Lau. Thin-Walled Struct. 196, 111536 (2024)
- Y. Li, B. Zhang. Diam. Relat. Mater. 140, Part A, 110476 (2023)
- H. Wei, H.Z.J. Ting, Y. Gong, C. Lu, O.E. Glukhova, H. Zhan. Nanomaterials (Basel), 12, 5, 760 (2022)
- J-G. Kim, D. Suh, H. Kang. Curr. Appl. Phys. 21, 96-100 (2021)
- M.V. Il'ina, O.I. Il'in, A.A. Konshin, A.A. Fedotov, O.A. Ageev. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 443, 012010 (2018)
- G. Budiutama, R. Li, S. Manzhos, M. Ihara. J. Chem. Theory Comput. 19, 15, 5189-5198 (2023)
- Density Functional Tight Binding. Электронный ресурс. https://dftb.org (дата обращения: 2025-04-25)
- J. Sun, X. Zhang, Y. Wang, M. Li, X. Wei, H. Liu, W. Zhou. Nano Res. 17, 7522-7532 (2024).
- A.Y. Gerasimenko, E. Kitsyuk, U.E. Kurilova, I.A. Suetina, L. Russu, M.V. Mezentseva, A. Markov, A.N. Narovlyansky, S. Kravchenko, S.V. Selishchev, O.E. Glukhova. Polymers 14, 9, 1866 (2022)