З’ясування залежності особливостей електронної будови різних видів вуглецевих наноматеріалів від їх розмірів. Оцінка енергетичного розподілу Ср-електронів в фулеренах, оніонах та нанотрубках. Визначення оптимальної глибини виходу рентгенівських квантів.
Аннотация к работе
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наукРобота виконана в Інституті проблем матеріалознавства ім. Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, провідний науковий співробітник Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, завідувач відділом Покропивний В.В., Інститут проблем матеріалознавства ім. Францевича НАН України, доктор фізико-математичних наук, вчений секретар Карбівський В.Л., Інститут металофізики ім. Захист відбудеться 14.06.2006 року о 14 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.207.01 в Інституті проблем матеріалознавства ім.Існування вуглецю в нових структурних станах, а саме, в формі наноалмазів, фулеритів, оніонів, нанотрубок та нановолокон, викликає підвищений інтерес до вивчення їх атомно-структурних характеристик, властивостей та особливостей електронної будови. Оскільки в модифікаціях вуглецю основний вклад в міжатомну взаємодію вносять електронні стани р-типу, то слід дослідити характер енергетичного розподілу валентних електронів у вуглецевих наноматеріалах, який найефективніше вивчається за допомогою квантово-хімічних розрахунків та експериментальними методами рентгенівської м‘якої, ультрам‘якої емісійної, абсорбційної та рентгено-електронної спектроскопії. Незважаючи на існування низки робіт з вивчення електронної структури С60, який є найбільш стабільним серед відомих фулеренів, що пов‘язують з його високосиметричною формою, питання перетворень електронної структури С60 при переході до менш стабільних вищих фулеренів не вивчалося. Тому для вияснення особливостей зміни електронної структури при переході від дефектних матеріалів до вуглецевих наноматеріалів з малою кількістю дефектів необхідно вивчити енергетичний розподіл валентних електронів в одно-та багатостінних вуглецевих нанотрубках, одержаних у дуговому розряді та в низькотемпературному процесі конверсії монооксиду вуглецю у присутності різних каталізаторів. Оскільки електронна структура та властивості цих наноматеріалів пов‘язані з їх атомно-кристалічною структурою, а зміна електронної будови при переході від однієї алотропної модифікації вуглецю до іншої, в залежності від їх розмірів, раніше не досліджувалася, то такі дослідження є, без сумніву, актуальними.Проведений аналіз свідчить, що на момент постановки задачі роботи найбільш детально вивчено властивості, атомну та електронну структуру фулериту С60 і вуглецевих нанотрубок методами квантово-хімічних розрахунків та електронної емісії. крім того, в дослідженнях енергетичного розподілу Ср-електронів методом рентгенівської емісійної спектроскопії, проведених різними авторами, результати істотно відрізняються. У другому розділі міститься опис методики експериментального дослідження електронної структури вуглецевих наноматеріалів та проведено визначення оптимальних режимів цих досліджень на прикладі вуглецевих плівок різних товщин, нанесених на скляну та кремнієву підкладки. Тому дослідження СКБ-емісійних спектрів дозволяє визначити співвідношення вкладів у і р-зв‘язуючих станів і їх доцільно використовувати для вивчення електронної структури наноалмазів, фулеренів, оніонів, нанотрубок та нановолокон. Оскільки електронна структура поверхневих атомів відрізняється від такої атомів обєму внаслідок наявності електронів в станах, що належать розірваним зв‘язкам, то при зменшенні розмірів частинок повинно спостерігатись збільшення відносного вкладу парціальної щільності електронних станів поверхневих атомів у загальний розподіл валентних електронних станів сполуки. Отже для дослідження електронної структури ряду нановуглецевих матеріалів (фулеренів, оніонів, наноалмазів, нанотрубок, нановолокон) анодна напруга 5 КВ є оптимальною для одержання СКБ-емісійний смуг даних наноматеріалів, оскільки при такому режимі рентгенівське випромінювання проходить на достатню глибину для одержання інформації про енергетичний розподіл валентних електронів в даних об‘єктах.Аналіз порівняння відомих теоретичних розрахунків та результатів проведених в роботі рентгеноспектральних досліджень валентних смуг фулеренів показав, що стабілізація молекул фулерена при їх утворенні відбувається в результаті виникнення змішаних у р-звязків всередині молекули. При зростанні інтенсивності електронного бомбардування фулеренів виявлено зниження заселеності змішаної р у-смуги, яке також проявляється при переході до вищих фулеренів. Показано, що виявлені в СКБ-емісійних спектрах фулерена чотири р-підсмуги є наслідком різних ступенів перекриття над та всередині молекули pz-орбіталей атомів, що задіяні у “одинарних” та “подвійних” звязках. Виявлене різке звуження енергетичного розподілу валентних Ср-станів в центрі валентної зони вуглецевих оніонів, утворених при переході наноалмазних частинок у неалмазну фазу, порівняно з наноалмазом і графітами.