Введение 2
Глава 1 Структуры и свойства углеродных нанотрубок 4
1.1 Связь атомов углерода 4
1.2 Бездефектные нанотрубки 7
1.3 Дефектные нанотрубки 12
1.4 Электрические свойства 19
1.5 Механические и электромеханические свойства 22
Глава 2 Математичекая модель 25
2.1 Численная модель 25
2.2 Диффузионный режим 27
2.3 Результаты расчетов 31
Заключение 34
Список используемой литературы 35
Цель диссертационного исследования заключается в теоретическом обосновании возможности построения высокоселективной углеродной мембраны из однослойной укладки параллельных закрытых нанотрубок для разделения метан-гелиевой смеси.
Для достижения поставленной цели решены следующиезадачи:
1. Проведен обзор по способам получения, свойствам и имеющимся применениям углеродных трубок.
2. Изучен характер взаимодействия молекул и атомов с отдельной нанотрубкой и определить ее эффективный радиус.
3 .Разработана схема набора полной статистики посредством расположения молекул и атомов во входной области прямоугольного паркетирующего все пространство внутри и около мембраны туннеля.
4.Проведены конкретные расчеты и проанализированы полученные результаты.
Научная новизна работы состоит в нахождении эффективных радиусов закрытых нанотрубок, зависящих от локальных скоростей взаимодействующих со структурой молекул и атомов. В теоретическом определении проницаемости слоя параллельно уложенных закрытых нанотрубок в отношении некоторых компонент природного газа и в определении на этой основе селективности разделения бинарной смеси газов. Кроме этого в работе получены новые данные о характере взаимодействия свободных молекул и атомов с рассматриваемой углеродной структурой.
Практическая ценность работы заключается в теоретическом обосновании возможности построения производительной и
высокоселективной мембраны для разделения атом -молекулярных бинарных газовых смесей.
Личный вклад автора связан с написанием обзора по синтезу, свойствам и применениям углеродных нанотрубок. В выполнении расчетов по определению базовой статистики прохождения атомов гелия через рассматриваемую углеродную систему. В проведении расчетов по взаимодействию свободных частиц со структурой и обсуждении физических результатов.
Проведенные молекулярно-динамические расчеты позволили найти предельные минимальные скорости прохождения молекул метана и атомов гелия через поперечную укладку одностенных закрытых углеродных нанотрубок. Коэффициент прохождения молекул через однослойную мембрану определен с использованием найденных минимальных скоростей на базе функции распределения Максвелла как доля молекул, прошедших энергетический барьер, из числа падающих на поверхность барьера частиц. По найденному методу исследуемая углеродная структура оказалась непроницаемой для метана. Атомы же гелия проходят структуру с вероятностью 14.6 %.
