Российские ученые с помощью методов компьютерного моделирования исследовали, как сильные электрические поля влияют на характеристики лезвийных гибридов — тонкой углеродной нанотрубки с присоединенным длинным листом графена, выступающим в качестве лезвия атомарной толщины. Получающиеся структуры не только сочетают в себе свойства обоих компонентов, но и демонстрируют синергический эффект. Статья опубликована в журнале Nanotechnology.
Углеродные нанотрубки (УНТ) и графен привлекают внимание исследователей во всем мире благодаря уникальным физическим характеристикам: высокой электро- и теплопроводности, подвижности носителей зарядов, прозрачности, прочности и гибкости. Соединение двухмерной и одномерной углеродных наноструктур позволяет объединить их полезные свойства, а также получить новые.
Гибридные структуры оказываются прочнее, чем простой графен, и эффективнее в качестве полевых транзисторов и фотоэлементов. Однако перед массовым синтезом подобных гибридов необходимо провести прогностическое компьютерное моделирование, которое позволит выявить оптимальные геометрические и электронные характеристики, обеспечивающие стабильную и эффективную работу гибрида в составе наноустройств.
В ходе таких виртуальных экспериментов сотрудники Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского и Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова изучили, как на гибридные структуры из УНТ и графена влияет сильное электрическое поле. Оно необходимо для работы полевых холодных катодов. Под его действием в них происходит эмиссия электронов и появляется электрический ток. Источником электронов в данном случае выступает лезвийный гибрид. Атомарная толщина графена обеспечивает большие токи, а контакт листа с трубкой предотвращает разрушение структуры. Все это гарантирует стабильную работу катода и повышенную долгосрочность.
С помощью молекулярно-динамического моделирования и квантово-механических методов исследователи выяснили, как ведет себя лезвийный гибрид при наложении сильного электрического поля напряженностью 1–10 В/нм и выше. Оказалось, что уже при 1,5 В/нм в атомной структуре гибрида появляются первые дефекты, а с повышением напряженности поля происходит полный отрыв лезвия-графена от нанотрубки. Это происходит из-за того, что механическая сила электрического поля заставляет лист вибрировать, а трубку деформирует, вынуждая ее сжиматься и растягиваться с определенной периодичностью.
«Вектор дальнейших исследований ориентирован на изучение физических свойств пленок на основе графен-нанотрубных квази-1D-гибридных структур. Предполагается, что такие изделия будут представлять собой регулярно расположенные лезвийные гибриды. Предстоит провести прогностическое in silico исследование с позиции выявления оптимального расстояния между наноструктурами для обеспечения максимально возможного электрического тока», — подводит итог руководитель проекта по гранту РНФ Ольга Глухова.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
