О.Е. Глухова – д.ф.-м.н., профессор, зав. кафедрой радиотехники и электродинамики, 

Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского E-mail: GlukhovaOE@info.sgu.ru

В.В. Митрофанов – программист,  отдел математического моделирования, 

Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского E-mail: ip.boyar@gmail.com

М.М. Слепченков – к.ф.-м.н., доцент,  кафедра радиотехники и электродинамики, 

Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского E-mail: slepchenkovm@mail.ru

Постановка проблемы. Появление нового композитного наноматериала на основе листов графена и горизонтально ориентированных между ними углеродных нанотрубок (УНТ) дало мощный импульс теоретическим и экспериментальным исследованиям свойств композита для создания на его основе элементной базы нового поколения электронных устройств.  Одним из главных критериев эффективности применения новых композитных материалов в качестве элементной базы современной электроники является их способность выдержать определенные механические нагрузки, сохраняя при этом свои свойства. Особенно важно сохранение физических свойств материала в условиях деформации для устройств гибкой и прозрачной электроники. 

Цель. Исследовать методами компьютерного моделирования деформационного поведения моно- и бислойных композитных пленок графен–УНТ с горизонтальной ориентацией трубок, а также влияния деформации на электропроводность указанных пленок.

Результаты. Определены наиболее энергетически устойчивые структурные конфигурации моно- и блислойных композитных пленок графен–УНТ с УНТ (10,0) и (12,0). Дана численная оценка механических характеристик композитных пленок графен– УНТ – прочности на разрыв и локальных напряжений атомной сетки для деформаций изгиба и растяжения. Выявлен характер деформационного поведения композитных пленок в зависимости от направления прикладываемой деформации. Установлены закономерности изменения электропроводности композитных пленок при изгибе.

Практическая значимость. Полученные физические закономерности изменения электропроводности композитных пленок графен– УНТ при деформации могут быть использованы для разработки гибких прозрачных дисплеев портативных электронных устройств.

1. Dang V.T., Nguyen D.D., Cao T.T. et al. Recent trends in preparation and application of carbon nanotube-graphene hybrid thin films // Adv. Nat. Sci: Nanosci. Nanotechnol. 2016. V. 7. P. 033002. DOI: 10.1088/2043-6262/7/3/033002.
2. Xia K., Zhan H., Gu Y. Graphene and Carbon Nanotube Hybrid Structure: A Review // Procedia IUTAM. 2017. V. 21. P. 94−101. DOI: 10.1016/j.piutam.2017.03.042.
3. Wang W., Ozkan M., Ozkan C.S. Ultrafast high energy supercapacitors based on pillared graphene nanostructures // J. Mater. Chem. A. 2016. V. 4. P. 3356−3361. DOI: 10.1039/C5TA07615C.
4. Tristán-López F., Morelos-Gómez A., Vega-Díaz S.M. et al. Large Area Films of Alternating Graphene-Carbon Nanotube Layers Processed in Water // ACS Nano. 2013. V. 7. P. 10788−10798. DOI: 10.1021/nn404022m.
5. Lv R., Cruz-Silva E., Terrones M. Building Complex Hybrid Carbon Architectures by Covalent Interconnections: GrapheneNanotube Hybrids and More // ACS Nano. 2014. V. 8. P. 4061−4069. DOI: 10.1021/nn502426c.
6. Gan X., Lv R., Bai J. et al. Efficient photovoltaic conversion of graphene-carbon nanotube hybrid films grown from solid precursors // 2D Mater. 2015. V. 2. P. 034003. DOI: 10.1088/2053-1583/2/3/034003.
7. Su C.C., Chen T.X., Chang S.H. Compressive Strength Enhancement of Vertically Aligned Carbon Nanotube Forests by Constraint of Graphene Sheets // Materials. 2017. V. 10. P. 206. DOI: 10.3390/ma10020206.
8. Wang Y.C., Zhu Y.B., Wang F.C. et al. Super-elasticity and deformation mechanism of three-dimensional pillared graphene network structures // Carbon. 2017. V. 118. P. 588−596. DOI: 10.1016/j.carbon.2017.03.092.
9. Mitrofanov V.V., Slepchenkov M.M., Zhang G., Glukhova O.E. Hybrid carbon nanotube-graphene monolayer films: Regularities of structure, electronic and optical properties // Carbon. 2017. V. 115. P. 803−810. DOI: 10.1016/j.carbon.2017.01.040.
10. Liu A., Stuart S.J. Empirical bond-order potential for hydrocarbons: Adaptive treatment of van der Waals interactions // J. Comput. Chem. 2008. V. 29. P. 601−611 DOI: 10.1002/jcc.20817.
11. Elstner M. Gotthard Seifert Density functional tight binding // Phil. Trans. R. Soc. A. 2014. V. 372. P. 20120483. DOI: 10.1098/rsta.2012.0483.
12. Glukhova O.E., Slepchenkov M.M. Influence of the curvature of deformed graphene nanoribbons on their electronic and adsorptive properties: theoretical investigation based on the analysis of the local stress field for an atomic grid // Nanoscale. 2012. V. 11. P. 3335−3344. DOI: 10.1039/c2nr30477e.
13. Marder M.P. Condensed Matter Physics. Hoboken (New Jersey): John Wiley & Sons. Inc. 2011.
14. Aradi B., Hourahine B., Frauenheim Th. DFTB+, a Sparse Matrix-Based Implementation of the DFTB Method // J. Phys. Chem. A. 2007. V. 111. P. 5678−5684. DOI: 10.1021/jp070186p.
15. Glukhova O.E. Molecular Dynamics as the Tool for Investigation of Carbon Nanostructures Properties // Thermal Transport in Carbon-Based Nanomaterials / Ed. Zhang G. Elsevier. 2017. P. 267−289. DOI: 10.1016/B978-0-32-346240-2.00010-8.