Введение 10
Глава 1 Литературный обзор 11
1.1. Современное состояние исследований монослойных углеродных
структур 11
1.1.1. Синтез и свойства монослойных углеродных структур 11
1.1.2. Прогнозирование монослойных углеродных структур 15
1.1.3. Применение монослойных углеродных структур 17
1.2. Текущее состояние исследований многослойных углеродных структур 18
1.2.1. Общие примеры многослойных углеродных структур 18
1.2.2. Прогнозирование многослойных углеродных структур 23
Глава 2 Обзор квантово-механических вычислительных методов 34
2.1. Аппроксимация с жестким связыванием 35
2.2. Первые принципы 36
2.2.1. Теория функционала плотности 36
2.3. Фононы и замороженные фононы 40
2.4. Метод прогнозирования двумерной структуры CALYPSO 40
Глава 4 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 52
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования 52
4.2 SWOT-анализ 55
4.3 Определение возможных альтернатив проведения научных исследований 55
4.4 Планирование научно-исследовательских работ 56
4.4.1 Структура работ в рамках научного исследования 56
4.4.2 Определение трудоемкости выполнения работ 57
4.5 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 62
4.5.1 Расчет материальных затрат НТИ 62
4.5.2 Расчет затрат на оборудование для научно-экспериментальных работ 63
4.5.3 Основная заработная плата исполнителей темы 64
4.5.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 66
4.5.5 Накладные расходы 68
4.5.6. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта 68
4.6 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования 69
Глава 5 Социальная ответственность 75
5.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 75
5.1.1. Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя)
правовые нормы трудового законодательства 75
5.1.2. Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя 76
5.2. Производственная безопасность 76
5.2.1. Анализ опасных и вредных производственных факторов 78
5.3 Экологическая безопасность 87
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 89
Заключение 93
Список литературы 95
Углерод является одним из самых распространенных элементов в природе и наиболее тесно связан с производством и жизнью человека. Поиск новых трехмерных углеродных структур и изучение их физических свойств представляют собой важные темы в физике конденсированных сред и материаловедении. Для физических исследований атом углерода является очень простым и чистым элементом благодаря наличию всего четырех валентных электронов во внешнем слое, что делает его идеальной платформой для изучения различных физических явлений. В то же время атомы углерода обладают высокой способностью к образованию связей и могут образовывать самые разнообразные изомеры с неограниченными возможностями.
С развитием информатики и увеличением вычислительных мощностей теоретические и экспериментальные исследования многослойного углерода получили бурное развитие в последние годы и стали одной из самых горячих областей в физике конденсированного состояния вещества и материаловедении.
Цель работы - поиск новых устойчивых углеродных структур с помощью метода CALYPSO и исследование их свойств.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Получение энергетически стабильной углеродной структуры методом CALYPSO
2. Фононный анализ структуры
3. Исследование термической стабильности структуры
4. Исследование электронных свойств
5. Исследование оптических свойств
Когда мы обратим свое внимание на многослойные углеродные структуры, мы можем ожидать, что благодаря более высокой степени свободы мы будем находить все более и более богатые углеродные структуры. Углеродные материалы обладают неограниченными возможностями благодаря их связности и структурному разнообразию, и в углеродных структурах может быть реализован широкий спектр различных свойств материалов, таких как сверхтвердые материалы, полупроводниковые материалы и т.д.
В данной диссертации на основе кристаллической структуры двумерного углерода методом предсказания кристаллической структуры CALYPSO в сочетании с первопринципными расчетами теории обобщения плотности была обнаружена симметричная полиэдрическая, энергетически стабильная структура углерода с пространственной группой P4/mmm, состоящая из 38 атомов, 46 связей и 12 полиэдров. Шаровидная структура была отображена с помощью программного обеспечения VESTA. Структурная стабильность симметричного многослойного углерода C38была продемонстрирована результатами атомного среднеквадратичного смещения (MSD), полученными из фононного спектрального анализа и МД-симуляций. Расчеты электронной энергетической полосы показали, что двумерный многослойный углерод C38 представляет собой металлический материал без зазоров. Коэффициент поглощения симметричного многослойного углерода C38 в видимой области значительно отличается от УФ-области, что указывает на потенциальное применение многослойного углерода в УФ-фоточувствительных устройствах. Коэффициент отражения симметричного многослойного C38в видимой области значительно изменяется, что указывает на возможность применения многослойного углерода в фоточувствительных устройствах видимого диапазона.
Данное исследование послужит катализатором и руководством для будущих теоретических и экспериментальных исследований новых двумерных углеродных материалов. Основываясь на данной работе, мы будем продолжать уделять внимание изучению дизайна и потенциального применения новых двумерных углеродных материалов.
