Расчёт и моделирование энергетических характеристик углеродных нанотрубок
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЕ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Казанский национальный исследовательский технический университет им А.Н. Туполева
Институт радиоэлектроники и телекоммуникации
Кафедра конструирования и производства микроэлектронной аппаратуры
Курсовая работа
по курсу
"Информационные технологии проектирования микро- и наносистем"
Тема
Расчёт и моделирование энергетических характеристик УНТ
Выполнил: Сатдаров Т.Р.
Казань 2011
Содержание
углеродная нанотрубка программный энергетический
Теоретическая часть
Цель курсовой работы
Углеродные нанотрубки
Классификация нанотрубок
Молекулярные и атомные орбитали
Секулярное уравнение
Метод ЛПЦВ
Кулоновское и обменное взаимодействие
Интегралы перекрывания
Матричные элементы гамильтониана
Практические аспекты метода
Практическая часть
Расчет структуры УНТ
Программный расчет УНТ
Расчет УНТ типа Кресло
Расчет УНТ типа Зигзаг
Графики
Список литературы
Теоретическая часть
Цель курсовой работы
В курсовой работе будет проводиться расчёт энергетических характеристик углеродных нанотрубок в среде Fortran PowerStation 4.0, а также выполняется графическое представление результатов (в приложении Excel 2007).
Задачей данной работы является закрепление теоретических положений курса проектирования микро и наносистем, углубление знаний при работе с литературными источниками, приобретение навыков проектирования с применением ЭВМ.
В настоящее время для инженерных расчетов используются различные пакеты программ, которые ориентированы на разные виды расчётов. В работе были использованы следующие пакеты:
Microsoft Office 2007 - для выполнения пояснительной записки, представления графических результатов.
Fortran PowerStation 4.0 - для расчета характеристик УНТ.
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки - протяжённые структуры, состоящие из свёрнутых гексагональных сеток с атомами углерода в узлах, открытые в 1991 году японским исследователем Иджимой. Первая нанотрубка была получена путём распыления графита в электрической дуге. Измерения, выполненные с помощью электронного микроскопа, показали, что диаметр таких нитей не превышает нескольких нанометров, а длина от одного до нескольких микрон Разрезав нанотрубку вдоль продольной оси, было обнаружено, что она состоит из одного или нескольких слоёв, каждый из которых представляет гексагональную сетку графита, основу которой составляют шестиугольники с расположенными в вершинах углов атомами углерода. Во всех случаях расстояние между слоями равно 0,34 нм, то есть такое же, как и между слоями в кристаллическом графите. Верхние концы трубочек закрыты полусферическими крышечками, каждый слой которых составлен из шести- и пятиугольников, напоминающих структуру половинки молекулы фуллерена.
Идеальная нанотрубка - это цилиндр, полученный при свёртывании плоской гексагональной сетки графита без швов. Взаимная ориентация гексагональной сетки графита и продольной оси нанотрубки определяет очень важную структурную характеристику нанотрубки - хиральность. Хиральность - это стереохимическое свойство, означающее несовместимость объекта со своим зеркальным отображением. Хиральность характеризуется 2 целыми числами (m, n), которые указывают местонахождение того шестиугольника сетки, который в результате свёртывания должен совпасть с шестиугольником, находящимся в начале координат. Хиральность нанотрубки может быть также однозначно определена углом ?, образованным направлением сворачивания нанотрубки и направлением, в котором соседние шестиугольники имеют общую сторону. Имеется очень много вариантов свёртывания нанотрубок, но среди них выделяются те, в результате реализации которых не происходит искажения структуры гексагональной сетки. Этим направлениям отвечают углы ?=0 и ?=300, что соответствует хиральности (m, 0) и (2n, n). Индексы хиральности однослойной нанотрубки определяют её диаметр D:
= m2+n2-mn * 3do/Р
где do=0,142 нм - расстояние между атомами углерода в гексагональной сетке графита. Приведённое выше выражение позволяет по диаметру нанотрубки определить её хиральность.
Среди однослойных нанотрубок особый интерес представляют нанотрубки с хиральностью (10, 10). Проведённые расчёты показали, что нанотрубки с подобной структурой должны обладать металлическим типом проводимости, а также иметь повышенную стабильность и устойчивость по сравнению с трубками других хиральностей. Справедливость этих утверждений была экспериментально подтверждена в 1996 году, когда впервые был осуществлён синтез нанотрубок с D=1,36 нм, что соответствует хиральности (10, 10).
В настоящее время наиболее распространённым является метод термического распыления графитовых электродов в плазме дугового разряда. Процесс синтеза осуществляется в камере, заполненной гелием под давлением около 500 торр (Торр - внесистемная единица давления, равная EQ \f (1;760) части физической (нормальной) атмосферы, то есть 101325:760 = 133,322 (н/м2, или паскаля)Названа в честь Э. Торричелли. Обозначения: русское - торр, международное - Torr. В научной литературе на русском языке чаще применяется равная ей единица - миллиметр ртутн?/p>