Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Моделирование открытых нанотрубок ZnS
В ходе проведение эксперимента было выявлено, что одномерные структуры ZnS имеют две формы строения квазиуглеродную и гексагональную и две формы структурного соединения гибридизированная, зигзагообразная. В процессе практического моделирования гибридизированные структуры показали наличие большого количества структурных дефектов (рисунок 22) и дальнейшее изучение не проводилось.
Серые шарики – атомы Zn, чёрные шарики – атомы S
Рисунок 22 – Дефект нанотрубки ZnS гибридизированного строения
Моделирование зигзагообразных нанотрубок осуществлялось по следующей схеме. Сначала были построены квазиуглеродные и гексагональные основы моделируемых трубчатых наноструктур (рисунок 23). Далее были построены и оптимизированы модели разных конфигураций. Длина нанотрубки увеличивалась путем приумножения и соединения основ и добавления в них большего числа гексагональных сегментов. Была обнаружено, что при расширении нанотрубки с восьми гексагональных сегментов до десяти их диаметр менялся незначительно. Возникает эффект гармошки и наноструктура начинает сжиматься как гармошка (рисунок 24).
Серые шарики – атомы Zn, чёрные шарики – атомы S
a – квазиуглеродная наноструктура, б – гексагональная наноструктура
Рисунок 23 – Cтруктурные основы кольца ZnS
Длина нанотрубки также оказала влияние на диаметр нашей структуры, но незначительное. Это можно объяснить с тем, что при увеличении нанотрубки, края начинают сворачиваться к осевому центру и в критической точке нанотрубка закроется.
Серые шарики – атомы Zn, чёрные шарики – атомы S
a – структура из восьми гексагональных сегментов, б – структура из десяти гексагональных сегментов
Рисунок 24 – Сравнение открытых квазиуглеродных нанотрубок ZnS Процесс роста в толщину открытых квазигексагональных нанотрубок ZnS показан на рисунке 25. При утолщении нанотрубки радикально менялась их форма, самая узкая наноструктура имеет треугольное сечение, а самая большая имеет форму сечения в виде шестиконечной звезды. При добавлении двух гексагональных сегментов к основе менялась форма сечения, и изменение заключалось в добавлении дополнительного угла в сечении за каждые два гексагональных сегмента.
Серые шарики – атомы Zn, чёрные шарики – атомы S
a – структура толщиной 0.69 нм, б – структура толщиной 1 нм, в – структура толщиной 1.04 нм, г – cтруктура толщиной 1.4 нм
Рисунок 25 – Процесс роста в толщину открытых квазигексагональных нанотрубок ZnS
При увеличении длины и ширины квазиуглеродных нанотрубок ZnS поднимались верхние (HOMO) и нижние энергетические уровни (LUMO) валентной зоны, за счёт чего уменьшалась ширина запрещенной зоны (таблица 1). Это объясняется тем, что из-за увеличения размера нанотрубок уменьшается влияние квантово-размерного эффекта и увеличивается симметричность структуры, вследствие чего увеличивается длина свободного пробега электронов. Стоит упомянуть, что даже при наличии такой большой запрещенной зоны возможно туннелирование электронов между нижней свободной орбиталью и верхней занятой орбиталью за счёт туннельного эффекта. Суть туннельного эффекта заключается в нарушении законов классической механики, а именно нарушении закона сохранения энергии на кратковременный промежуток времени. Процесс можно представить в виде простой модели, то есть имеется вероятность того, что электрон пройдет под потенциальны барьером, в следствии будет иметь отрицательную энергию на незначительный промежуток времени [41].
Таблица 1 – Характеристики квазиуглеродных открытых нанотрубок ZnS
Примечание – *структура не является энергетически устойчивой Анализируя таблицу 1 мы видим, что удлинение открытых гексагональных нанотрубок ZnS не влияет на изменение её толщины, это говорит нам о высокой степени симметричности наноструктур. Электронные характеристики показывают довольно большую ширину запрещенной зоны, то есть диэлектрическую природу открытых гексагональных наноструктур ZnS. Так же были экспериментально получены структуры с положительными значениями энергии нижнего незанятого уровня, то есть структура не имеет стабильной формы.
В таблице 2 представлено изменение дипольного момента открытых квазигексагональных нанотрубок ZnS и их расчётная плотность. По причине того, что электронные характеристики открытых квазигексагональных нанотрубок ZnS показывают диэлектрические свойства и высокие значения дипольного момента, то возможно предположить о наличии пьезоэлектрического эффекта основанного на принципе поляризации.
Таблица 2 – Характеристики квазиуглеродных открытых нанотрубок ZnS
Анализируя таблицу 2 мы видим, что три наноструктуры открытых квазигексагональных нанотрубок ZnS имеют довольно высокий дипольный момент, и высокую электронную плотность. Полученные результаты говорят нам о том, что можно получить высокоэффективные наномеханические генераторы энергии. На рисунке 26 показан процесс моделируемого роста квазиуглеродных нанотрубок ZnS.
Серые шарики – атомы Zn, чёрные шарики – атомы S
a – структура длиной 2.94 нм, b – структура длиной 3.68 нм, с – структура длиной 4.40 нм
Рисунок 26 – Рост открытых квазиуглеродных нанотрубок ZnS Далее был рассмотрен процесс роста открытых нанотрубок ZnS в ширину, но уже гексагональной структуры (рисунок 27).
Серые шарики – атомы Zn, чёрные шарики – атомы S
a – структура толщиной 0.71 нм, б – структура толщиной 0.94 нм, в – структура толщиной 1.18 нм, г – структура толщиной 1.42 нм
Рисунок 27 – Открытые нанотрубки ZnS гексагональной формы
В таблице 3 показаны структурные и электронные характеристики гексагональных нанотрубок ZnS. Из полученных результатов в таблице 4 можно сделать вывод, что нанотрубки ZnS гексагональной структуры имеют только одну устойчивую электронную конфигурацию, в остальных случаях нижний незанятый электронный уровень имеют положительный диапазон энергии, это значит то, что наноструктуры находятся в возбужденном состоянии и наноструктура стремится к ионизированному состоянию. Структурные характеристики показывают, что открытые гексагональные нанотрубки ZnS имеют одинаковую толщину на всей своей протяженности, это говорит нам о такой же высокой степени симметричности, что и у квазиуглеродных нанотрубок ZnS. Также одномерные гексагональные нанотрубки ZnS имеют найденный у квазиуглеродных нанотрубок ZnS эффект гармошки, но в отличие от вторых имеют более ограненный вид окружности.
Таблица 3 – Характеристики гексагональных нанотрубок ZnS
Примечание – *структура не является энергетически устойчивой На рисунке 28 показан рост модельных нанотрубок ZnS гексагональной структуры. Можно видеть, что полученные гексанональные нанотрубки ZnS имеют бамбуковидное строение.
Серые шарики – атомы Zn, чёрные шарики – атомы S
a – структура длиной 2.48 нм, б – структура длиной 3.10 нм, в – структура длиной 3.73 нм
Рисунок 28 – Рост открытых нанотрубок ZnS гексагональной структуры
В таблице 4 показан дипольный момент и электронная плотность гексагональных нанотрубок ZnS. Из таблицы 4 видно, что гексагональные нанотрубки ZnS обладают незначительно большим дипольным моментом, чем квазиуглеродные нанотрубки ZnS, но судя по результатам таблицы 4 мы можем увидеть, что единственная стабильная нанотрубка ZnS не имеет такого высокого дипольного момента, как остальные. Расчётная плотность имеет высокие значения и с увеличением структурных наблюдается её незначительное увеличение.
Таблица 4 – Дипольный момент гексагональных нанотрубок ZnS
С экономической точки зрения синтез и применение открытых гексагональных нанотрубок ZnS не имеет выгоды, так как они имеют мало стабильных форм и сравнительно с другими низкий дипольный момент. Следовательно, открытые квазиуглеродные нанотрубки ZnS более перспективны для промышленного производства и применения в области наноэлектроники.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-05-27; просмотров: 49; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.129.70.157 (0.029 с.) |