| Περίληψη |
Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η προσομοίωση νανοσύνθετων δομών του άνθρακα και η διερεύνηση των ιδιοτήτων αυτών. Για την επίτευξη αυτού του στόχου, χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικές μέθοδοι. Έγιναν υπολογισμοί Monte Carlo βασισμένοι σε εμπειρικά δυναμικά, καθώς και Μοριακής Δυναμικής στο πλαίσιο της ισχυρής δέσμευσης με τη χρήση δυο διαφορετικών χαμιλτονιανών. Κάποιες λεπτομέρειες που αφορούν τις μεθόδους αυτές, καθώς και τις ατομικές αλληλεπιδράσεις παρουσιάζονται στο πρώτο κεφάλαιο. Στη συνέχεια, σκιαγραφούνται τα κύρια χαρακτηριστικά των δυο συστατικών που απαρτίζουν τις προς μελέτη δομές, δηλαδή του αμόρφου άνθρακα και των κρυσταλλικών μορφών του ιδίου στοιχέιου. Το πρώτο είναι η μήτρα που περιβάλλει τα δεύτερα. Οι δομικές λεπτομέρειες και οι ιδιότητες αυτών είναι κρίσιμες για τη συμπεριφορά της όλης δομής. Η σταθερότητα των νανοκρυστάλλων άνθρακα διαφόρων φάσεων και μεγεθών, οι οποίοι εμβυθίζονται σε άμορφη μήτρα, μελετάται αρχικά. Οι νανοκρυσταλλοι διαμαντιού και τα schwarzites (sp2 δομές με αρνητική κυρτότητα) βρέθηκαν ευσταθείς σε πυκνές και αραιές, αντίστοιχα μήτρες. Οι υπόλοιιποι κρύσταλλοι είναι μετασταθείς. Δίνονται επίσης, στοιχεία για την αλληλεπίδραση της άμορφης μήτρας με τους εμβυθισμένους κρυσταλλίτες, καθώς και για την κατανομή των τάσεων στο εσωτερικό αυτών. Η σταθερότητα των νανοσύνθετων δομών διαμαντιού επιτρέπει την παραπέρα διερεύνηση των μηχανικών τους ιδιοτήτων. Τα μέτρα ελαστικότητας των πυκνών δομών είναι αρκετά μεγαλύτερα από ότι στην περίπτωση του άμορφου άνθρακα. Οι νανοσύνθετες δομές διαμαντιού/ αμόρφου παρουσιάζουν, υψηλή αντοχή και είναι κατάλληλες για πολλές μηχανικές εφαρμογές. Στην περίπτωση που βρίσκονται υπό διάσταση «σπάνε» με τρόπο όμοιο με τον άμορφο άνθρακα. Επομένως, η εμβύθιση των νανοδιαμαντιών ενισχύει τις ελαστικές ιδιότητες, όχι όμως και την αντοχή της όλης δομής. Παρουσιάζονται παράλληλα αποτελέσματα σύνθετων δομών που περικλείουν νανοσωλήνες άνθρακα. Ένας κυρτομένος γραφιτικός φλοιός δημιουργείται και περιβάλλει το νανοσωλήνα. Οι σταθερότερες δομές έχουν ενδιάμεσες πυκνότητες, μεγάλη ανισοτροπία και μέτρα ελαστικότητας αυξημένα σε σύγκριση με τον άμορφο άνθρακα. Οι ιδιότητες εξαρτώνται κυρίως από τη διάμετρο των νανοσωλήνων, παρά την κυρτότητά τους. Στο τελευταίο μέρος, αναλύεται η επίδραση της υδροστατικής πίεσης σε νανοδομές άνθρακα, καθώς και οι παρατηρούμενες δομικές παραμορφώσεις. Ερευνάται επίσης, συνοπτικά, το σχήμα των νανοκρυστάλλων διαμαντιού εμβυθισμένων σε άμορφη μήτρα, καθώς και η ηλεκτρονιακή πυκνότητα καταστάσεων αυτών των δομών.
|
Theoretical investigation of the stability and mechanical properties of nanostructured amorphous carbon
