К описанию механических свойств углеродных нанотрубок. Проблема толщины трубки. Масштабный эффект. Часть 1

Р.В. Гольдштейн, В.А. Городцов, А.В. Ченцов, В.В. Стариков, В.В. Стегайлов, Г.Е. Норман показать трудоустройства и электронную почту
Принята: 14 февраля 2012
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: Р.В. Гольдштейн, В.А. Городцов, А.В. Ченцов, В.В. Стариков, В.В. Стегайлов, Г.Е. Норман. К описанию механических свойств углеродных нанотрубок. Проблема толщины трубки. Масштабный эффект. Часть 1. Письма о материалах. 2011. Т.1. №4. С.185-189
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2011-4-185-189

Аннотация

При описании механических свойств нанотрубок во многих публикациях используется классическая теория упругости. Однако в случае однослойных углеродных нанотрубок и трубок с малым числом атомных слоев в их стенках не выполняются условия, необходимые для применимости приближения теории упругости. Поэтому в первой части данной статьи мы используем метод молекулярной динамики и общего энергетического анализа для описания обобщенного модуля Юнга (с размерностью поверхностной жесткости) и коэффициента Пуассона, характеризующих одноосное растяжение однослойных углеродных нанотрубок. Сильная зависимость таких обобщенных характеристик от исследуемых наномасштабов оказывается их отличительной особенностью (масштабный эффект) в отличие от аналогичных понятий теории упругости.
Здесь в части 1 мы подробно обсуждаем особенности принятого подхода и используемого полуэмпирического потенциала Терсоффа-Бреннера-Стюарта. Основные полученные результаты будут изложены в части 2.

Ссылки (59)

1. S. Iijima. Nature (London) 354, 56 (1991).
2. R. Tenne, L. Margulis, M. Genut, G. Hodcs. Nature (London) 360, 444 (1992).
3. M.M.J. Treacy, T.W. Ebbesen, J.M. Gibson. Nature(London) 381, 678 (1996).
4. E.W. Wong, P.E. Sheeehen, C.M. Lieber. Science 277, 1971 (1997).
5. N.G. Chopra, A. Zettl. Solid State Commun. 105, 297(1998).
6. A. Krishnan, E. Dujardin, T.N. Ebbesen, P.N. Yianilos, M.M.J. Treacy. Phys. Rev. B58, 14013 (1998).
7. J. Muster, M. Burghard, S. Roth, C.S. Dusberg, E.Hernandez, A.J. Rubio. Vac. Sci. Technol. 16, 2796 (1998).
8. O. Lourie, H.D. Wagner. J. Mater. Sci. 13, 2418 (1998).
9. J.P. Salvetat, G.A.D. Briggs, J.M. Bonard, R.R. Baosa, A.J.Kulik, T. Stokli, N.A. Burnham, L. Forri. Phys. Rev. Lett.82, 944 (1999).
10. J.P. Salvetat, J.M. Bonard, N.H. Thomson, A.J. Kulik, L. Ferro, W. Benoit, L. Zuppiroli. Appl. Phys. A69, 225(1999).
11. J.P. Salvetat, A.J. Kulik, J.M. Bonard, G.A.D. Briggs, T. Stockli, K. Metenier, S. Bonnamy, F. Beguin, N.A.Burnham, L. Forro Adv. Mater. 11, 161 (1999).
12. Z.W. Pan, S.S. Xie, L. Lu, B.H. Chang, L.F. Sun, W.Y. Zhou, G. Wang, D.L. Zhang. Appl. Phys. Lett. 74, 3152 (1999).
13. P. Poncharal, Z.L. Wang, D. Ugarte, W.A. de Heer. Science.283, 15 (1999).
14. D.A. Walters, L.M. Ericson, M.J. Casavant, J. Liu, D.T.Colbert, K.A. Smith, R.E. Smalley. Appl. Phys. Lett. 74, 3803 (1999).
15. Z.L. Wang, P. Poncharal, W.A. de Heer. J. Phys. Chem.Solids. 61, 1025 (2000).
16. M.F. Yu, O. Lourie, M.J. Dyer, K. Maloni, T.F. Kelly, R.S.Ruoff. Science. 287, 637 (2000).
17. M.F. Yu, B.S. Files, S. Arepally, R.S. Ruoff. Phys. Rev. Lett.84, 5552 (2000).
18. M.F. Yu, B.I. Yakobson, R.S. Ruoff J. Phys. Chem. B104, 8764 (2000).
19. J.R. Wood, Q. Zhao, M.D. Frogley, E.R. Meurs, A.D. Prins, T. Peijs, D.J. Dunstan, H.D. Wagner. Phys. Rev. B62, 7571(2000).
20. T.W. Tombler, C. Zhou, L. Alexseyev, J. Kong, H. Dai, L.Liu, C.S. Jayanthi, M. Tang, S.Y. Wu. Nature (London).405, 769 (2000).
21. C.A. Cooper, R.J. Young. Proc. SPIE 4098, 172 (2000).
22. S. Xie, W. Li, Z. Pan, B. Chang, L. Sun. J. Phys. Chem.Solids. 61, 1153 (2000).
23. C.A. Cooper, R.J. Young, M. Halsall. Composites A32, 401 (2001).
24. Z.L. Wang, R.P. Gao, P. Poncharal, W.A. de Heer, Z.R.Dai, Z.W. Pan. Mater. Sci. Eng. C16, 3 (2001).
25. Z.L. Wang, R.P. Gao, Z.W. Pan, Z.R. Dai. Adv. Eng. Mater.3, 657 (2001).
26. B.G. Demczyk, Y.M. Wang, J. Cumings, M. Hetman, W.Han, A. Zettl, R.O. Ritchie. Mater. Sci. Eng. A334, 173(2002).
27. P.A. Williams, S.J. Papadikis, A.M. Patel, M.R. Falvo, S. Washbum, R. Superfine. Phys. Rev. Lett. 89, 255502(2002).
28. P.A. Williams, S.J. Papadikis, A.M. Patel, M.R. Falvo, S.Washbum, R. Superfine. Appl. Phys. Lett. 82, 805 (2003).
29. S. Cuenot, C. Freitigny, S. Demoustier-Champagne, B.Nysten. J. Appl. Phys. 93, 5650 (2003).
30. H.E. Troiani, M. Viki-Yoshida, G.A. Camacho-Bragado, M.A.L. Marques, A. Rubio, J.A. Ascencio, M. Jose-Yacaman. Nano Letters 3, 751 (2003).
31. P. Jaroenapibal, S.B. Chikkannanavar, D.E. Luzzi, S. Evoy.Appl. Phys. Lett. 85, 4328 (2004).
32. P. Jaroenapibal, D.E. Luzzi, S. Evoy, S. Arepalli. J. Appl.Phys. 98, 044301 (2005).
33. B. Lukic, J.W. Seo, E. Couteau, K. Lee, S. Gradecak, R.Berkecz, K. Htrnandi, S. Depleux, T. Cacciaguerra, F.Beguin, A. Fonseca, J.B. Nagi, G. Csanyi, A. Kis, A.J.Kulik, L. Forro. J. Appl. Phys. A80, 695 (2005).
34. J. Gaillard, M. Skove, A.M. Rao. Appl. Phys. Lett. 86, 233109 (2005).
35. A.R. Hall, L. An, J. Liu, L. Vicci, M.R. Falvo, R. Superfine, S. Washburn. Phys. Rev. Lett. 96, 256102 (2006).
36. M. Nakajiama, M. Arai, T. Fukuda. IEEE Trans. Nanotech.5, 243 (2006).
37. K. Enomoto, S. Kitakata, T. Yasuhara, N. Ohtake, T.Kuzumaki, Y. Mitsuda. Appl. Phys. Lett. 88, 153115(2006).
38. G. Guhados, W. Wan, X. Sun, J.L. Hutter. J. Appl. Phys.101, 033514 (2007).
39. W. Ding, L. Calabri, K.M. Kohlhaas, X. Chen, D.A.Ditkin, R.S. Ruoff. Exper. Mech. 47, 25 (2007).
40. K.T. Kashyap, R.G. Patil. Bull. Mater. Sci. 31, 185 (2008).
41. X.L. Wei, Y. Liu, Q. Chen, M.S. Wang, L.M. Peng. Adv.Funct. Mater. 18, 1555 (2008).
42. B. Bhushan, X. Ling. Phys. Rev. B78, 045429 (2008).
43. A.K. Ojha, A. Materny. J. Raman Spectrosc. (2009).
44. B.I. Yakobson, P. Avouris. Topics Appl. Phys. 80, 287(2001).
45. D. Qian, G.J. Wagner, W.K. Liu, M.F. Yu, R.S. Ruoff. Appl.Mech. Rev. 55, 495 (2002).
46. R.S. Ruoff, D. Qian, W.K. Liu. C. R. Physique 4, 993(2003).
47. D. Srivastava, C. Wei, K. Cho. Appl. Mech. Rev. 56, 215(2003).
48. M.F. Yu. Trans. ASME, J. Eng. Mater. and Techn. 126, 271(2004).
49. J.P. Salvetat, S. Bhattacharyya, R.B. Pipes. Nanosci. J.Nanotechn. 6, 1857 (2006).
50. J.P. Salvetat, G. Desarmot, C. Gautier, P. Poulin. Lect.Notes Phys. 677, 439 Springer. Berlin, Heidelberg (2006).
51. A.V. Eletskii. Phys. Usp. 50, 225 (2007).
52. O.A. Shenderova, V.V. Zhirnov, D.W. Brenner. Crit. Rev.Solid State Mater. Sci. 27, 227 (2002).
53. L.M. Peng, Z.L. Zang, Z.Q. Xue, Q.D. Wu, Z.N. Gu, D.G.Pettifor. Phys. Rev. Lett. 85, 3249 (2000).
54. X. Zhao, Y. Liu, S. Inoue, T. Suzuki, R.O. Jones, Y. Ando.Phys. Rev. Lett. 92, 125502 (2004).
55. E. Hernandez, C. Goze, P. Bernier, A. Rubio. Phys. Rev.Lett. 80, 4502 (1998).
56. Z.T. Tu, Z.C. Ou-Yang. Phys. Rev. 65, 233407 (2002).
57. T. Vodenitcharova, L.C. Zhang. Phys. Rev. B68, 165401(2003).
58. M.S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, J.C. Charlier, E.Hernandez. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A362, 2065 (2004).
59. Y. Huang, J. Wu, K.C. Hwang. Phys. Rev. B74, 245413(2006).

Цитирования (3)

1.
R. V. Goldstein, V. A. Gorodtsov, D. S. Lisovenko. Phys Mesomech. 19(3), 229 (2016). Crossref
2.
R. Goldstein, V. Gorodtsov, D. Lisovenko, M. Volkov. Smart Mater. Struct. 25(5), 054006 (2016). Crossref
3.
R. V. Goldstein, V. A. Gorodtsov, D. S. Lisovenko. Phys Mesomech. 18(3), 213 (2015). Crossref

Другие статьи на эту тему