Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Các ống nano carbon được kê bằng các nguyên tử kim loại với các nguyên tử boron tạp chất làm cơ sở để tạo ra các dây nano: Nghiên cứu lý thuyết
Tóm tắt
Các ống nano carbon là một trong những vật liệu công nghệ nano được săn tìm nhiều nhất. Tuy nhiên, vấn đề kiểm soát các tính chất vật lý - hóa học của chúng, đặc biệt là để tạo ra các dây nano bằng cách xen kẽ các nguyên tử kim loại vào trong chúng, vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Trong trường hợp này, có một phương pháp hiệu quả để điều khiển các đặc tính năng lượng điện tử thông qua việc đưa vào các nguyên tử tạp chất. Boron là nguyên tố thay thế hiệu quả nhất trong lớp nguyên tố này. Do đó, mục tiêu của bài viết này là nghiên cứu khả năng làm đầy các ống nano carbon bằng các nguyên tử boron tạp chất với các nguyên tử kim loại khác nhau và xác định vai trò của nồng độ của nó đối với các hiện tượng xảy ra trong trường hợp này. Sử dụng lý thuyết chức năng mật độ, một thí nghiệm mô hình đã được thực hiện để đưa vào buồng của một ống nano các nguyên tử nhôm, cũng như các kim loại kiềm—lithium, natri, và kali. Thí nghiệm mô hình cho thấy rằng trong tất cả các trường hợp, sự hình thành một phức hợp hấp phụ ổn định diễn ra, có thể coi là một mô hình của một dây nano với sự lấp đầy nhiều lần bằng các nguyên tử giữa ống nano và các nguyên tử kim loại. Đồng thời, người ta đã phát hiện rằng, trong quá trình hình thành các hợp chất phức tạp của nguyên tử ống nano—kim loại, mật độ electron được phân phối lại trong hệ thống; tức là, nó bị dịch chuyển từ các nguyên tử B của kim loại đến bề mặt của ống nano, dẫn đến sự hình thành các mang điện tích bổ sung được truyền từ nguồn cho. Ngoài ra, một phân tích về cấu trúc năng lượng electron đã cho phép xác lập rằng việc xen kẽ các nguyên tử kim loại dẫn đến sự thu hẹp của khoảng cách băng đối với các ống nano BC3. Kết luận này cực kỳ quan trọng cho nhu cầu của nano điện tử, vì nó cho phép dự đoán việc sử dụng hiệu quả hơn các ống nano carbon với nồng độ cao hơn của các nguyên tử boron tạp chất để tạo ra các thiết bị nano do sự xuất hiện trong chúng các tính chất dẫn điện khác với các cấu trúc nano nguyên chất, được biểu hiện trong sự xuất hiện của các mang điện thêm.
Từ khóa
#ống nano carbon #boron tạp chất #kim loại #dây nano #lý thuyết chức năng mật độTài liệu tham khảo
Boroznin, S.V., Zaporotskova, I.V., Boroznina, E.V., Polikarpov, D.I., and Polikarpova, N.P., Hydrogenation of boron-carbon nanotubes, Nanosci. Nanotechnol. Lett., 2013, vol. 5, no. 11, pp. 1195–1200. https://doi.org/10.1166/nnl.2013.1694
Iwai, Y., Hirose, M., Kano, R., Kawasaki, S., Hattori, Y., and Takahashi, K., Synthesis and structural characterization of alkali-metal intercalated single-walled carbon nanotubes, J. Phys. Chem. Solids, 2008, vol. 69, nos. 5–6, pp. 1199–1202. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2007.10.035
Zhang, C., Yan, Y., Sheng Zhao, Y., and Yao, J., Synthesis and applications of organic nanorods, nanowires and nanotubes, Ann. Rep. Prog. Chem., Sect. C, 2013, vol. 109, pp. 211–239. https://doi.org/10.1039/c3pc90002a
Dasgupta, N.P., Sun, J., Liu, C., Brittman, S., Andrews, S.C., Lim, J., and Yang, P., 25th anniversary article: Semiconductor nanowires—synthesis, characterization, and applications, Adv. Mater., 2014, vol. 26, no. 14, pp. 2137–2184. https://doi.org/10.1002/adma.201305929
Velea, A., Opsomer, K., Devulder, W., Dumortier, J., Fan, J., Detavernier, C., and Govoreanu, B., Te-based chalcogenide materials for selector applications, Sci. Rep., 2017, vol. 7, no. 1, p. 8103. https://doi.org/10.1038/s41598-017-08251-z
Matthews, P.D., McNaughter, P.D., Lewis, D.J., and O’Brien, P., Shining a light on transition metal chalcogenides for sustainable photovoltaics, Chem. Sci., 2017, vol. 8, no. 6, pp. 4177–4187. https://doi.org/10.1039/c7sc00642j
Jing, Y., Liu, B., Zhu, X., Ouyang, F., Sun, J., and Zhou, Y., Tunable electronic structure of two-dimensional transition metal chalcogenides for optoelectronic applications, Nanophotonics, 2020, vol. 9, no. 7, pp. 1675–1694. https://doi.org/10.1515/nanoph-2019-0574
Jia, T., Feng, Z., Guo, S., Zhang, X., and Zhang, Y., Screening promising thermoelectric materials in binary chalcogenides through high-throughput computations, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, vol. 12, no. 10, pp. 11852–11864. https://doi.org/10.1021/acsami.9b23297
Gao, M., Xu, Y., Jiang, J., and Yu, S., Nanostructured metal chalcogenides: Synthesis, modification, and applications in energy conversion and storage devices, Chem. Soc. Rev., 2013, vol. 42, no. 7, pp. 2986–3017. https://doi.org/10.1039/c2cs35310e
Zaporotskova, I.V., Nanotubulene materials: Structure, properties and perspectives, Nano Mikrosist. Tekh., 2005, no. 10, pp. 7–18. https://www.elibrary.ru/hevcbn.
Dul, S., Gutierrez, B.J.A., Pegoretti, A., Alvarez-Quintana, J., and Fambri, L., 3D printing of ABS nanocomposites. Comparison of processing and effects of multi-wall and single-wall carbon nanotubes on thermal, mechanical and electrical properties, J. Mater. Sci. Technol., 2022, vol. 121, pp. 52–66. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2021.11.064
Xia, F., Xia, T., Xiang, L., Liu, F., Jia, W., Liang, X., and Hu, Y., High-performance carbon nanotube-based transient complementary electronics, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, vol. 14, no. 10, pp. 12515–12522. https://doi.org/10.1021/acsami.1c23134
Faulques, E., Kalashnyk, N., Slade, C.A., Sanchez, A.M., Sloan, J., and Ivanov, V.G., Vibrational and electronic structures of tin selenide nanowires confined inside carbon nanotubes, Synth. Met., 2022, vol. 284, p. 116968. https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2021.116968
Nagata, M., Shukla, S., Nakanishi, Y., Liu, Z., Lin, Y., Shiga, T., and Shinohara, H., Isolation of single-wired transition-metal monochalcogenides by carbon nanotubes, Nano Lett., 2019, vol. 19, no. 8, pp. 4845–4851. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b05074
Sawant, S.V., Patwardhan, A.W., Joshi, J.B., and Dasgupta, K., Boron doped carbon nanotubes: Synthesis, characterization and emerging applications—a review, Chem. Eng. J., 2022, vol. 427. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131616
Dyachkov, P.N., Kutlubaev, D.Z., and Makaev, D.V., Electronic structure of carbon nanotubes with point impurity, J. Inorg. Chem., 2011, vol. 56, no. 8, pp. 1371–1375. https://doi.org/10.1134/S0036023611080146
D’yachkov, P.N., Kutlubaev, D.Z., and Makaev, D.V., Linear augmented cylindrical wave Green’s function method for electronic structure of nanotubes with substitutional impurities, Phys. Rev. B, 2010, vol. 82, p. 035426. https://doi.org/10.1103/physrevb.82.035426
Zaporotskova, I.V., Dryuchkov, E.S., Boroznina, N.P., Kozhitov, L.V., and Popkova, A.V., Surface-modified boron-carbon BC5 nanotube with amine group as a sensor device element: Theoretical research, Russ. Microelectron., 2021, vol. 50, no. 8, pp. 644–648. https://doi.org/10.1134/S1063739721080096
Zaporotskova, I.V., Dryuchkov, E.S., and Vilkeeva, D.E., Surface carboxylation of a boron-carbon bc5 nanotube in the development of sensor devices, Key Eng. Mater., 2021, vol. 887, pp. 23–27. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.887.23
Zaporotskova, I.V., Prokofyeva, E.V., Zaporotskova, N.P., Prokofyeva, O.Y., and Boroznin, S.V., Nanowire on base of carbon nanotubes intercalated of light and transition metal atoms, Fiz. Volnov. Protsess. Radiotekh. Sist., 2010, vol. 13, no. 4, pp. 87–95. https://www.elibrary.ru/ncvhkv.
Boroznin, S.V., Perevalova, E.V., Zaporotskova, I.V., and Polikarpov, D.I., Electronic structure and characteristics of some types of boron containing nanotubes, Vestn. Volgogr. Univ., Ser. 10: Innov. Deyatel’nost, 2012, no. 6, pp. 81–86. https://www.elibrary.ru/peuepl.
Boroznin, S.V., Streltsova, D.V., and Zaporotskova, I.V., Investigation of BC5 nanotube interaction with alkaline metal atoms, AIP Conf. Proc., 2019, vol. 2174, p. 020011. https://doi.org/10.1063/1.5134162