 | | Механика твердого тела
Известия Российской академии наук | | Журнал основан
в январе 1966 года
Выходит 6 раз в год
ISSN 1026-3519 |
Архив номеров
Для архивных номеров (2007 г. и ранее)
полные тексты статей 
доступны для свободного просмотра и скачивания.
| Статей в базе данных сайта: | | 12854 |
| На русском (Изв. РАН. МТТ): | | 8044 |
| На английском (Mech. Solids): | | 4810 |
|
| << Предыдущая статья | Год 2010. Номер 4 | Следующая статья >> |
| Карнет Ю.Н., Никитин С.М., Никитина Е.А., Яновский Ю.Г. Компьютерное моделирование механических свойств углеродных наноструктур // Изв. РАН. МТТ. 2010. № 4. С. 121-137. |
| Год |
2010 |
Том |
|
Номер |
4 |
Страницы |
121-137 |
Название
статьи |
Компьютерное моделирование механических свойств углеродных наноструктур |
| Автор(ы) |
Карнет Ю.Н. (Москва)
Никитин С.М. (Москва)
Никитина Е.А. (Москва)
Яновский Ю.Г. (Москва, iam@ipsun.ras.ru) |
| Коды статьи |
УДК 541.68 |
| Аннотация |
Целью настоящей работы является теоретическое исследование механических свойств углеродных наноструктур (графена и одностенных углеродных нанотрубок) на основе наноскопического и макроскопического подходов. Рассмотрение структур нанообъектов в свободном и деформированном состояниях, а также расчеты соответствующих энергий проводились в рамках методов квантовой механики при использовании оригинального, разработанного в ИПРИМ РАН, пакета полуэмпирических программ NDDO/sp-spd в параллельном режиме счета. Деформации наноструктур задавались в приближении механохимической координаты деформации. При этом силы деформации описывались градиентами энергий по выбранным координатам микроскопических деформаций. Механические характеристики нанообъектов, такие как модули Юнга, коэффициенты жесткости, работы, полученные при деформации, критические напряжения и относительные удлинения при разрушении рассчитывались в рамках макроскопической линейной теории упругости. При этом в соответствующих соотношениях использовались силы деформации, определенные в рамках квантово-механических расчетов. Было установлено, что механические характеристики одностенных УНТ зависят от их диаметра и хиральности, а деформационные свойства графенового листа асимметричны по отношению к двум нормальным модам растяжения, направленным вдоль "зигзага" и "кресла" на краях листа. Рассчитанные механические характеристики находятся в хорошем согласии с известными из литературы экспериментальными данными, согласуясь с ними как по величине, так и по асимметрии деформации применительно к разным деформационным модам. |
| Ключевые слова |
квантово-механическое моделирование, графен, углеродные нанотрубки, напряженно-деформированное состояние, линейная теория упругости, модуль Юнга |
Список
литературы |
| 1. | Kroto H.W., Heath J.R., O'Brien S.C. C60: Buckminsterfullerene // Nature. 1985. V. 318. № 6042. P. 162-167. |
| 2. | Iijima S. Helical microtubules of graphitic carbon // Nature. 1991. V. 354. № 6348. P. 56-58. |
| 3. | Novoselov K.S., Geim A.K., Morozov S.V., Jiang D., Zhang Y., Dubonos S.V., Grigorieva I.V., Firsov A.A. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films // Science. 2004. V. 306. № 5696. P. 666-669. |
| 4. | Liu F., Ming P., Li J. // Ab initio calculation of ideal strength instability of graphene under tensioni // Phys. Rev. B. 2007. V. 76. № 6. P. 064120. |
| 5. | Pan Z.W., Xie S.S., Lu L., Chang B.H., Sun L.F., Zhou W.Y., Wang G., Zhang D.L. Tensile tests of ropes of very long aligned multiwall carbon nanotubes // Appl. Phys. Lett. 1999. V. 74. P. 3152-3154. |
| 6. | Hernrandez E., Goze C., Bernier P., Rubio A. Elastic properties of С and BxCyNz composite nanotubes // Phys. Rev. Lett. 1998. V. 80. № 20. P. 4502-4505. |
| 7. | Lee C., Wei X., Kysar J.W., Hone J. Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene // Science. 2008. V. 321. № 5887. P. 385-388. |
| 8. | Yakobson B.I., Brabec C.J., Bernholc J. Nanomechanics of carbon tubes: Instabilities beyond linear response // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 76. № 14. P. 2511-2514. |
| 9. | Harik V.M. Ranges of Applicability for the Continuum-beam Model in the Constitutive Analysis of Carbon Nanotubes: Nanotubes or Nano-beams? // NASA Langley Research Center. NASA/CR-2001-211013. ICASE Report № 2001-16. 2001. |
| 10. | Allen M.P., Tildesley D.J. Computer simulation of liquids. Oxford: Clarendon Press, 1989. 408 p. |
| 11. | Khare R., Mielke S.L., Paci J.T., Zhang S., Ballarini R., Schatz G.C, Belytschko T. Coupled quantum mechanical/molecular mechanical modeling of the fracture of defective carbon nanotubes and graphene sheets // Phys. Rev. B. 2007. V. 75. № 7. P. 075412. |
| 12. | Lier G.V., Alsenoy C.V., Doren V.V., Geerlings P.I. Ab initio study of the elastic properties of single-walled carbon nanotubes and graphene // Chem. Phys. Lett. 2000. V. 326. № 1-2. P. 181-185. |
| 13. | Nikitina E.A., Khavryutchenko V.D., Sheka E.F., Barthel H., Weis J. Deformation of poly(dimethyl-siloxane) oligomers under uniaxial tension. Quantum-chemical view // J. Phys. Chem. A. 1999. V. 103. № 51. P. 11355-11365. |
| 14. | Яновский Ю.Г., Никитина Е.А., Карнет Ю.Н., Валиев Х.Х., Лущекина С.А. Молекулярное моделирование мезоскопических композитных систем. Структура и микромеханические свойства // Физическая мезомеханика. 2005. Т. 8. № 5. С. 61-76. |
| 15. | Яновский Ю.Г., Власов А.Н, Никитина Е.А., Карнет Ю.Н. Анализ теоретической прочности межфазных слоев адсорбционных комплексов полимерных композитных сред // Механика композиционных материалов и конструкций. 2007. Т. 13. № 1. С. 33-41. |
| 16. | Яновский Ю.Г., Григорьев Ф.В., Никитина Е.А., Власов А.Н., Карнет Ю.Н. Наномеханические свойства нанокластеров полимерных композитов / Физическая мезомеханика. 2008. Т. 11. № 3. С. 61-74. |
| 17. | Оригинальный пакет квантово-механических программ NDDO/sp-spd (ИПРИМ РАН, Свидетельство о государственной регистрации № 2009614949 от 10.09.2009), реализованный в параллельном режиме расчета. |
| 18. | Dewar M.J.S.; Thiel W.J. Ground states of molecules. The AMI method. Approximations and parameters // Am. Chem. Soc. 1977. V. 99. № 15. P. 4899-4907. |
| 19. | Nikitina E. Computational modeling of surfaces and interfaces of nanoobjects // Механика композиционных материалов и конструкций. 2001. Т. 3. № 3. С. 288-331. |
| 20. | Meyer J.С, Kisielowski C., Erni R., Rossell M.D., Crommi M.F., Zettl A. Direct Imaging of Lattice Atoms and Topological Defects in Graphene Membranes // Nano Lett. 2008. V. 8. № 11. P. 3582-3586. |
|
Поступила
в редакцию |
15 января 2010 |
Получить
полный текст |
|
| << Предыдущая статья | Год 2010. Номер 4 | Следующая статья >> |
|
 Если Вы обнаружили опечатку или неточность на странице сайта, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
|
|
Русский
English 