Письма в ЖЭТФ, том 111, вып. 2, с. 93 - 100

Фуллерен-графеновые слоистые структуры с полимеризованными

компонентами: моделирование их образования и механических

свойств

А. А. Артюх⁺, Л. А. Чернозатонский+∗1)

⁺Институт биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН, 119334 Москва, Россия

^∗Школа химии и технологии полимерных материалов,

Российский экономический университет им. Г. В. Плеханова, 117997 Москва, Россия

Поступила в редакцию 4 декабря 2019 г.

После переработки 5 декабря 2019 г.

Принята к публикации 5 декабря 2019 г.

Рассмотрен новый класс нанокомпозитов: фуллерен-графен соединения, компоненты которых ча-

стично полимеризованы. В работе исследованы различные 2D и 3D ковалентные и молекулярные со-

единения монослоев графена и фуллеренов С60 от бислоя до многослойной сверхрешетки, в том числе с

частичной полимеризацией фуллеренов между собой и прилегающими листами графена. Показано, что

все рассмотренные соединения энергетически более стабильны при формировании ковалентных связей

между компонентами. Проведено сравнение структур ряда рассмотренных соединений с имеющимися

в литературе экспериментальными данными. Ковалентные соединения компонентов упрочняют струк-

туру: модуль Юнга для нее более чем на порядок величины превышает упругие модули молекулярного

фуллерита.

DOI: 10.31857/S0370274X20020083

Введение. В последнее время возрос интерес к

стеме присутствуют три типа таких связей: 1) при-

новым структурам из молекулярно связанных гра-

соединение фуллеренов к графену, 2) формирование

феновых (G) слоев с промежуточными слоями из

димеров С₆₀-С₆₀, 3) димеры С₆₀-С₅₉ (образование

С₆₀ фуллеренов [1-3]. Последние считаются перспек-

С₅₉ идет за счет ударного повреждения С₆₀ элек-

тивными, например, в полностью углеродном супер-

тронным лучом). Ранее были получены и исследова-

конденсаторе в качестве материала для накопления

ны теоретически [9] С₆₀ димеры, образованные путем

электрической энергии [4], в качестве электронных

[2 + 2] и [2 + 4] цикло-присоединения двух молекул.

С₆₀ акцепторов в трехмерных графеновых сетях [5],

По всей видимости, все они в наблюдались и в экс-

как элементы с высоким коэффициентом преобразо-

перименте [10].

вания солнечной энергии в электрическую [6].

В данной работе мы рассматриваем различные

Впервые многослойная структура, состоящая из

энергетическую стабильность и свойства новых

графенов и слоев фуллеренов, была получена пу-

графен-фуллерен структур:

1) монослои С₆₀ на

тем интеркалирования оксида графита при смеше-

графене и 2) [2+2] и [2+4] цикло-присоединенные к

нии компонент в толуоле с последующей их термооб-

графену фуллерены; 3) полимеризованные цепочки

работкой в 2010 г. [7]. Недавно были получены плен-

фуллеренов на графене; 4) кристаллические сверх-

ки, состоящие из слоя плотноупакованных фулле-

решетки из полимеризованных фуллеренов между

ренов, заключенного между двумя слоями графена

графенами, с частичным или полным ковалентным

[8]. Наблюдение с помощью трансмиссионного элек-

присоединением фуллеренов к графенам. Такие

тронного икроскопа показало, что в такой структуре

цикло-присоединения фуллерена к фуллерену или

расстояние между молекулами С₆₀, равное 0.96 нм,

графену можно получить при одновременном воз-

оказалось на 4-5 % меньше, чем в кристаллической

действии давления и температуры [10], а также при

форме фуллерита, а также наблюдалось формирова-

электронном или ультрафиолетовом облучении [11].

ние химических ковалентных связей между некото-

Ниже показано, что данные соединения всегда более

рыми фуллеренами. Было предположено, что в си-

энергетически выгодны и прочны по сравнению с

аналогами из молекулярно-связанных слоев, кроме

¹⁾e-mail: cherno@sky.chph.ras.ru

того, обладают проводящими свойствами. Для

Письма в ЖЭТФ том 111 вып. 1 - 2

2020

А. А. Артюх, Л. А. Чернозатонский

обозначения структуры используем упрощенную

бания отдельных фуллеренов, происходило движе-

запись: Mon (или Ort укладка) - N (количество

ние фуллеренов, но они не покидали поверхности

слоев графена) - К_G (или М_G) G-С₆₀ связь - К_f

графена.

(или М_f ) С₆₀-С₆₀ связь, где; G-С₆₀ связь и С₆₀-С₆₀

Из-за того, что размеры элементарной ячейки

связь отображает наличие молекулярной (М) или

(ЭЯ) фуллереновых двумерных структур близки к

ковалентной (K) связи между графеном и С₆₀ или

некоторому числу периодов графеновой ячейки (a =

между фуллеренами, построенными в моноклинной

= 0.246 нм - параметр элементарной ячейки гра-

(Mon) или орторомбической (Ort) конфигурации.

фена), то мы организовали C₆₀/G периодическую

Выбор структур и методы их расчетов.

структуру с параметрами суперячейки D_x,y: D_x =

Моделирование атомных структур и их оптимиза-

1 нм ≈ na вдоль зигзагного (zigzag - Z) направления

√

ция проводилась с помощью методов молекулярной

X (n = 4) и D_y ≈ ma

3 - вдоль креслообразного

динамики (МД) в рамках программного продукта

(armchair - A) направления Y (m = 4 для “гексаго-

GULP [12] с использованием потенциалов Бренне-

нальной” on укладки фуллеренов в слое и m = 5 -

ра [13] для внутримолекулярных взаимодействий и

для Ort “орторомбической”), как это рассматрива-

Леннарда-Джонса [14] - для описания межмолеку-

лось для слоев С₆₀ в графите [18]. Проведем опти-

лярных взаимодействий. Во всех расчетах использу-

мизацию молекулярных периодических 2D структур

ются периодические граничные условия. Энергия об-

с листом графена, на котором расположены фулле-

разования всех соединений оценивалась по формуле

рены с двумя типами укладок Mon (рис. 1c) и Ort

[15]:

(рис. 1d). Расстояние между листом графена и цен-

тром фуллерена оказалось равно 0.64 нм, т.е. рассто-

ΔE_f = (E_s - E_G - N_f E_f )/N_f ,

(1)

яние между ближайшими С-атомами в графене и С₆₀

где E_s - энергия расчетной ячейке E_G - энергия

составило всего 0.29 нм, меньше, чем рассчитанное

графена, N_f - количество фуллеренов в расчетной

тем же методом расстояние 0.305 нм между молеку-

ячейки и E_f - энергия одной молекулы фуллерена.

лами С₆₀ в fcc фуллерите.

Данная формула позволяет нормировать энергию от-

Для представленного выше “моноклинного” 2D

носительно числа фуллеренов в системе, нивелируя

кристалла (размер расчетной ячейки 1.97 × 1.70 нм²,

вклад атомов графена, число которых меняется для

N_f

= 4, число C-атомов N_C

= 368) было полу-

различных расчетных ячеек.

чено: ΔE_f = -0.88 эВ/фуллерен. Это значение от-

Молекулярные структуры и энергетика.

личается всего на 0.01 эВ/фуллерен от энергии ко-

Рассмотрим различные случаи расположения фул-

нечной, рассчитанной нами ненапряженной моле-

леренов и графенов. Для исследования динамиче-

кулярной структуры с шестнадцатью фуллеренами

ской стабильности структуры графена с лежащими

на 5.9 × 5.4 нм² графеновом фрагменте (ΔE_f

на ней фуллеренами, нами было проведено МД моде-

= -0.89 эВ/фуллерен). Таким образом, выбранное

лирование с временным шагом 1 фс при температу-

нами соразмерное соответствие элементарных ячеек

рах 260 К (температура фазового перехода 1-го рода

для компонент структуры C₆₀/G мало отличается от

в фуллерите [12]) и 300-400 К. Время моделирова-

энергетической стабильности несоразмерной струк-

ния составило 5 пс (5000 МД шагов), т.е. достаточно-

туры конечного размера. Для Ort укладки (размер

го для установления стабильного состояния системы,

расчетной ячейки 1.97 × 2.13 нм², N_f = 4, N_C = 400)

поскольку ранее было показано в эксперименте [16],

величина ΔE_f равна -0.67 эВ/фуллерен. Разница

что графену достаточно 1.7 пс для релаксации его

энергий образования Mon и Ort структур обуслов-

геометрии до оптимальной конфигурации. Структу-

лена разным числом молекулярных связей: в “мо-

ра из двух фрагментов графена с семью фуллере-

ноклинной” укладке каждый фуллерен имеет 6 бли-

нами между ними (рис. 1a) оставалась стабильной

жайших соседей, а для “орторомбической” только 4.

при 250 и 300 К без значительных изменений в тече-

Была также рассмотрена Ort структура слоя

ние всего времени моделирования, при 400 К проис-

фуллеренов между двумя листами графена с теми

ходило движение фуллеренов между слоями бигра-

же размерами суперячейки, что и в предыдущем слу-

фена, но они не выходили из биграфенного проме-

чае. Полученная для нее энергия образования ΔE_f =

жутка. Структура с одним фрагментом графена и

= -8.16 эВ/фуллерен показала, что эта структура

семью фуллеренами на нем (рис. 1b), подобно нано-

оказалась также стабильнее по сравнению с кристал-

островкам из молекулярно связанных С₆₀ в экспери-

лом fcc фуллерита из плотноупакованных С₆₀ моле-

менте [17], оставалась стабильной только до 260 К,

кул (ΔE_fo = -6.71 эВ/фуллерен, расчет аналогичен

в то время как при T ≥ 300 К наблюдались коле-

предыдущим).

Письма в ЖЭТФ том 111 вып. 1 - 2

2020

Фуллерен-графеновые слоистые структуры с полимеризованными компонентами. . .

Рис. 1. (Цветной онлайн) Структуры графена с молекулярно связанными фуллеренами: семь фуллеренов на графено-

вой чешуйке (a) и между двумя листами графена АА упаковки (b). Квази-двумерные кристаллы Mon-1-MG-Mf (c) и

Ort-1-MG-Mf (d). Расчетные ячейки выделены черными линиями

Ковалентно соединенные компоненты

Хартри-Фока) барьеров образования и разрыва 3.3

в С₆₀/G системах. При наличии внешних

и 1.5 эВ соответственно [22]. В некоторых случаях

температурно-механических (T-P) воздействий

наблюдалось также формирование небольшого

на молекулярные С₆₀/G структуры, в них первыми,

количества

[2 + 4] цикло-присоединений

[22-24],

вероятнее всего, будут образовываться димеры

поэтому их можно не учитывать и рассматривать

С₆₀-С₆₀ или длинные цепочки С₆₀-С₆₀ [19] за счет

структуру со слоем [2 + 2] С₆₀ димеров на графене -

большей кривизны фуллерена по сравнению со

рис. 2.

случаем присоединения фуллеренов к плоскому

графену, а уже потом при больших (по величине

или по времени) воздействиях будет происходить

уже полимеризация фуллеренов и с графеновыми

слоями.

Основным механизмом ковалентного соединения

фуллеренов обычно является образование [2 + 2]

цикло-присоединенных пар атомов соседних фул-

леренов С₆₀. Он связан с трансформацией двойной

связи между гексагонами в каждом из двух сосед-

них молекул C₆₀ в одинарные, так что все четыре

атома из двух пар атомах на соседях становятся

sp³-гибридизированными, образуя C₆₀-C₆₀ димер.

Разрыву и перестройке этих связей способствует как

Рис. 2. (Цветной онлайн) Полимеризованные димеры

фотохимическое воздействие [19], так и действие

С60-С60 на графене - структура Ort-1-МG-Kf -f . Крас-

давления и температуры, при котором в молеку-

ным выделена прямоугольная элементарная ячейка

лярном фуллерите образуются цепочки (P = 1 ГПа

структуры

= 500 К) или слои (P

= 1ГПа T

= 500 К)

из ковалентно соединенных фуллеренов, образуя

Из условия наиболее плотной упаковки димеров

“орторомбическую-O”,

“тетрагональную-T” или

в слое была выбрана расчетная ячейка: 1.2×3.8 нм²,

“ромбоэдрическую-R” фазы [20]. Энергия барьера

N_f = 4, N_C = 420. Полная энергия такой системы

активации для разрыва [2 + 2] цикло-присоединения

оказалась равной ΔEf = -12.69 эВ/фуллерен, что

была нами оценена в

1.5 эВ NEB методом

[21],

говорит о ее большей устойчивости, чем предыдущих

что оказалось близко к оценкам (в приближении

структур.

Письма в ЖЭТФ том 111 вып. 1 - 2

2020

А. А. Артюх, Л. А. Чернозатонский

Для сравнения с предыдущими рассмотрим еще

увеличивает энергию образования в четыре раза по

периодические G/C₆₀ структуры с [2 + 2] и [2 + 4]

сравнению со структурами [2 + 2] (или [2 + 4])С₆₀/G.

присоединенными фуллеренами к графену - рис. 3.

Рассмотрим теперь аналоги молекулярных струк-

Размер расчетной прямоугольной ячейки 2.4×2.5 нм²

тур (рис. 1c, d) с “моноклинным” или “орторомби-

ческом” расположением фуллеренов в ЭЯ (как на

рис. 1c, d): Mon-1-K_G-M_f или Ort-1-K_G-M_f с несвя-

занными друг с другом фуллеренами, но [2 + 2]

цикло-присоединенными к графену, как на рис. 3a.

Энергия образования структуры Mon-1-K_G-M_f ока-

залась равной ΔE_f

= -11.90 эВ/фуллерен, а для

Ort-1-K_G-M_f равной -11.70 эВ/фуллерен, что гово-

рит об их большей устойчивости из-за ковалентных

связей между компонентами, чем системы с чисто

ВдВ взаимодействием молекул и графена между со-

бой (-0.88 и -0.67 эВ/фуллерен соответственно).

Квази-двумерные кристаллы - полимери-

зованные цепочки фуллеренов, молекулярно

прикрепленные к графену. Подобные соедине-

Рис. 3. Схемы

[2 + 2] (a) и

[2 + 4] (b) цикло-

ния могут быть получены при приложении давления,

присоединения фуллерена к графену

нагрева и обработки ультрафиолетом молекулярной

был выбран таким образом, чтобы один присоединен-

C₆₀/G структуры [7, 19]. Мы рассмотрим различные

ный фуллерен не оказывал влияние на другой.

варианты таких структур. Некоторая малая несораз-

Энергии образования обоих

[2 + 2]С60/G и

мерность периодов плотно упакованных в слое поли-

[2+4]С₆₀/G структур (-0.785 и -0.935 эВ/фуллерен)

меризованных фуллеренов и листа графена застав-

отличаются друг от друга менее чем на

ляет нас рассматривать периодические системы из

0.15 эВ/фуллерен. Отметим, что ранее

[24] по-

них с не совсем плотной упаковкой С₆₀ молекул.

луэмпирическим методом Хартри-Фока была

Однако, как будет показано ниже, это не приводит

рассчитана энергия образования C₆₀/G структуры

к меньшей устойчивости полимерных структур по

при

[2 + 2] присоединении фуллерена к наноче-

сравнению с их молекулярными аналогами.

шуйке (1.2 × 1.2 нм), которая составила меньшую

Нас заинтересовал процесс постепенного образо-

величину

-0.53 эВ/фуллерен из-за искривления

вания C₆₀/G структуры с последовательной поли-

графена столь малого размера. Поскольку энергии

меризацией фуллеренов между собой и графеном -

образования [2 + 2] и [2 + 4] цикло-присоединений

рис.4. Начиная от несоединенных между собой фул-

ненамного отличаются друг от друга, в дальнейшем

леренов до полностью полимеризованных цепочек

будем рассматривать полимерные структуры только

рассмотрим поочередное образование отдельных ди-

с [2 + 2] присоединением фуллеренов к графену.

меров, а затем и цепочек из них, т.е. различных

Как известно, для графена характерно наличие

ковалентно-связанных пар соседних фуллеренов, а

дефектов, таких как вакансия (отсутствие одного

потом и их объединений.

С-атома в графеновой решетке) или Стоун-Уэйлса

На рисунке

представлено четыре после-

(Stone-Wales - SW), который представляет собой

довательных образования C₆₀/G структуры с

конфигурацию двух пентагонов и двух гептагонов,

первоначальной моноклинной укладкой из

4-х

возникающих при локальном повороте одной С-С

фуллеренов (рис. 2a). Энергия образования струк-

связи между четырьмя гексагонами на угол π/2 [25].

туры с одной парой

[2 + 2] димера вдоль X-

Ранее было показано, что присутствие таких дефек-

оси, показанной на

рис. 5a, оказалась равной

тов увеличивает энергетическую выгоду молекуляр-

ΔE_f = -12.33 эВ/фуллерен. В случае двух димеров

ного присоединения фуллеренов к углеродной нано-

в ЭЯ, соединение которых произошло в направлении

трубке [26]. Мы расчетами энергии образования по-

оси X (рис. 4b, структура, аналогичная рис. 3, но с

добных периодических структур с той же расчетной

[2 + 2] связями, расположенными перпендикулярно

прямоугольной ячейкой 2.4 × 2.5 нм² показали, что

поверхности графена), энергия связи несколько

наличие подобных дефектов также может способ-

возросла: ΔE_f

= -12.72 эВ/фуллерен. При обра-

ствовать прикреплению фуллерена к графену вблизи

зовании цепочки в “верхнем” ряду c сохранением

дефекта (см. рис. 3 и табл. 1). Так, наличие вакансии

димеров в

“нижнем” ряду (рис. 4с) оказалось,

Письма в ЖЭТФ том 111 вып. 1 - 2

2020

Фуллерен-графеновые слоистые структуры с полимеризованными компонентами. . .

Таблица 1. Энергии образования различных соединений графена с фуллеренами

Структура

Кол-во

Энергия Es,

Энергия

атомов в

эВ

образования

ЭЯ

ΔE_f , эВ

Графен

240

-1774.826

Графен с дефектом вакансия

239

-1760.523

Графен с дефектом SW

240

-1769.658

С₆₀

-410.508

Графен с присоединенным [2 + 2]

300

-2186.119

-0.785

фуллереном С₆₀

Графен с присоединенным

300

-2186.269

-0.935

фуллереном С₆₀, [2 + 4]

цикло-присоединение

Графен с дефектом вакансия с

299

-2172.702

-1.671

присоединенным С₆₀, [2 + 2]

цикло-присоединение

Графен с дефектом вакансия с

299

-2175.372

-4.341

присоединенным С₆₀, [2 + 4]

цикло-присоединение

Графен с дефектом SW с

300

-2181.633

-1.467

присоединенным С₆₀

что ΔE_f

= -12.88 эВ/фуллерен. Наконец в слу-

стичным или полным ковалентным присоеди-

чае двух полностью полимеризованных цепочек

нением фуллеренов к графенам. Рассмотрим те-

(рис. 5d) энергия образования данной структу-

перь кристаллы С₆₀/G(PI) и С₆₀/G(PII) из поли-

ры Mon-1-М_G-K4f приняла наибольшее значение

меризованных фуллеренов между слоями графена

ΔE_f

-13.13 эВ/фуллерен. Таким образом, в

(рис. 5). С учетом повторяющихся слоев в упаков-

зависимости от количества полимеризованных

ке AB была выбрана расчетная ячейка (a, b, c) =

пар С₆₀

энергетическая устойчивость структуры

= (1.9, 1.7, 2.1) нм, Nf = 8, NC = 736. Вид сверху

существенно увеличилась, а в случае

2D кри-

на разрез кристалла XY плоскостью (Z = 0) пред-

сталла Mon-1-М_G-K_chain,chain с двумя цепочками

ставлен на рис. 5c. Симметрия кристаллов - простая

[2 + 2] связанных фуллеренов возросла до значения

ромбическая сингония.

ΔE_f

= -13.88 эВ/фуллерен. Этот

2D кристалл

Для случая кристалла С₆₀/G(PI), когда все

M on-1-М_G-K_chain,chain оказался самой энергетически

фуллерены в каждой полимеризованной цепочке

выгодной 2D структурой.

прикреплены

[2 + 2] связями к листу графена

Такая же ситуация наблюдается для другого

(рис. 5a), энергия образования получилась равной:

взаимного расположения фуллереновб как в

-13.54 эВ/фуллерен. Для аналогичного кристалла

C₆₀/G Ort кристалле рис.2a: с увеличением коли-

С₆₀/G(PII), где каждый второй фуллерен в одной

чества связей между фуллеренами энергия обра-

полимерной цепочке не присоединен к графену

зования ΔE_f растет. Величина этой энергии рав-

(рис. 5b), энергия образования оказалась равной

на -12.19 эВ/фуллерен при одной полимеризованной

-13.42 эВ/атом. Это говорит о том, что кристаллы

паре в ячейке, при полимеризованных двух парах -

С₆₀/G(I) и С₆₀/G(PII) являются самыми энергети-

ΔE_f = -12.44 эВ/фуллерен. Для ЭЯ с цепочкой и

чески выгодными, т.е. могут не разрушаться при

димером ΔE_f равна -12.93 эВ/фуллерен.

достаточно высоких температурах.

Таким образом, полимеризованные фуллерены

Механические свойства C₆₀/G структур.

посредством [2 + 2] цикло-присоединения в цепочки,

Приведем результаты расчетов эффективных моду-

молекулярно связанные с листом графена, являют-

лей Юнга, вычисленных по стандартной формуле

ся энергетически наиболее выгодным соединением из

Y = F/Sε, где F = 2ΔE/ΔL - сила, действующая

выше рассмотренных 2D структур.

на структуру, ε = ΔL/L - относительное удлинение,

Слоистые 3D кристаллы: полимерные це-

E - энергия деформации, L - длина структуры в вы-

почки фуллеренов между графенами, с ча- бранном направлении, ΔL - изменение длины и S -

Письма в ЖЭТФ том 111 вып. 1 - 2

2020

А. А. Артюх, Л. А. Чернозатонский

Рис. 4. Схема поочередного соединения фуллеренов между собой в C60/G моноклинном 2D кристалле. Виды элемен-

тарной ячейки атомных структур в различных случаях полимеризации: кристалл Mon-1-МG-К2f,1d c одной полиме-

ризованной парой фуллеренов (a), Mon-1-МG-Kd с двумя димерами (b), Mon-1-МG-Kchain,d c полимерной цепочкой и

димером (c), структура Mon-1-МG-Kchain, chain с двумя цепочками (d)

Таблица 2. Модули Юнга для полимеризованных С₆₀/G

площадь поперечного сечения выбранной ЭЯ струк-

структур и их компонент

туры.

Модуль Юнга, ТПа

Примеры рассчитанных значений модулей Юнга

Направление

2D и 3D моноклинных структур приведены в табл.1.

M on-1-М_G-M

0.101

0.146

Показано, что в 2D кристаллах по мере полимериза-

M on-1-М_G-K2f,1d

0.132

0.144

ции фуллеренов между собой величина модулей воз-

M on-1-М_G-K_d

0.130

0.143

растает вплоть до 0.192 ТПа для кристалла Mon-1-

M on-1-М_G-Kchain,d

0.166

0.148

М_G-K_chain,chain. Все рассмотренные структуры обла-

M on-1-М_G-K_chain,chain

0.192

0.152

дают анизотропией в плоскости XY .

3D кристалл (рис. 5а)

0.170

0.160

Отметим наличие нанопор в данных структурах

Фуллерит fcc [27]

0.055

(0.5-0.7 нм), достаточных для допирования атомами

металла (аналогично фуллеритам) с целью повыше-

ния их проводимости, или проникновения ионов Li⁺

но, что фуллеренам энергетически выгодно из мо-

при использовании их в литиевых суперконденсато-

лекулярных соединений с графеном преобразовать-

рах.

ся в полимерные структуры с ковалентными свя-

Выводы. В работе рассмотрен новый класс ко-

зями. Рассчитаны геометрические параметры, энер-

валентных соединений графена и фуллеренов в ви-

гии образования 2D и 3D кристаллов из графена

де устойчивых форм 2D и 3D кристаллов. Показа-

и фуллеренов. Рассмотренные структуры являются

Письма в ЖЭТФ том 111 вып. 1 - 2

2020

Фуллерен-графеновые слоистые структуры с полимеризованными компонентами. . .

Рис. 5. (Цветной онлайн) Два 3D кристалла: (a) - С60/G(PI) с полностью полимеризованными фуллеренами в 2-х

направлениях (по X - между фуллеренами и по Z - между фуллеренами и графенами) и (b) - С60/G(PII) c частично

полимеризованными фуллеренами через одну молекулу вдоль оси X, (c) - вид на разрез ЭЯ (Z = 0)

стабильными объектами при нормальных условиях.

Исследуемые кристаллы обладают большими моду-

1. M. R. Ceron, C. Zhan, P. G. Campbell, M. C. Freyman,

лями Юнга по сравнению с фуллеритами, что откры-

C. Santoyo, L. Echegoyen, B. C. Wood, J. Biener,

вает перспективу использования данных материалов

T. A. Pham, and M. Biener, ACS Appl. Mater.

как проводящих полностью углеродных твердотель-

Interfaces 11(32), 28818 (2019).

ных структур.

2. M. R. Ceron, V. I. Vedharathinama, P. G. Campbella,

Поскольку известно, что фуллерены легко по-

T. A. Phama, B. C. Wooda, J. Bienera, L. Echegoyen,

лимеризуются [20], данные структуры могут быть

and M. M. Biener, ECS Meeting Abstracts

получены из синтезированных ранее молекулярных

http://ma.ecsdl.org/content/MA2019-01/12/832.short.

C₆₀/G соединений путем воздействия на них ультра-

3. J. M. Devi, Bulletin of Materials Science 42, 75 (2019).

фиолетового излучения, давления и температуры.

4. Z. Xu, M. Wu, Z. Chen, C. Chen, J. Yang, T. Feng,

Благодаря комбинации свойств фуллеренов и графе-

E. Paek, and D. Mitlin, Adv. Sci. 6, 1802272 (2019).

нов в рассмотренных C₆₀/G структурах, сочетающих

5. G. Jnawali, Y. Rao, J. H. Beck, N. Petrone, I. Kymissis,

достаточную пористость, высокую емкость накопле-

J. Hone, and T. F. Heinz, ACS Nano 9, 7175 (2015).

ния заряда фуллеренов с электропроводностью гра-

6. R. Chen, L. Cheng, Y. Huan, T. Yuting, S. Chao,

Y. Lihui, L. Hai, X. Xiaoji, W. Lianhui, and H. Wei

феновой составляющей, свойства, отмеченные в од-

Huang, Chem. Mater. 28, 4300 (2016).

ном из последних обзоров по гибридам фуллеренов с

7. M. Ishikawa, S. Kamiya, S. Yoshimoto, M. Suzuki,

2D материалами [28] как весьма перспективные для

D. Kuwahara, N. Sasaki, and K. Miura, Journal of

различных применений. Предсказанные соединения

Nanomaterials 2010, 891514 (2010).

смогут найти свое использование в суперконденса-

8. R. Mirzayev, K. Mustonen, M. Monazam,

торах и солнечных элементах, а также как твердые

A. Mittelberger, T. Pennycook, C. Mangler, T. Susi,

композитные материалы, стабильные в большом диа-

J. Kotakoski, and J. Meyer, Sci. Adv. 3, e1700176

пазоне температур.

(2017).

Работа выполнена в рамках проекта Россий-

9. G.-W. Wang, K. Komatsu, Y. Murata, and M. Shiro,

ского фонда фундаментальных исследований

Nature 387, 583 (1997).

#16-29-06201 с использованием ресурсов межведом-

10. C. Pei and L. Wanga, Matter and Radiation At

ственного суперкомпьютерного центра РАН.

Extremes 4, 028201 (2019).

Письма в ЖЭТФ том 111 вып. 1 - 2

2020

7^∗

100

А. А. Артюх, Л. А. Чернозатонский

11. E. Alvarez-Zauco, H. Sobral, E. Basiuk, J. Saniger, and

21. G. Mills, H. Jonsson, and G. K. Schenter, Surface

M. Villagran-Muniz, Applied Surface Science 248, 243

Science 324, 305 (1995).

(2005).

22. J. Mestres, M. Duran, and M. Sola, J. Phys. Chem. 100,

12. J. D. Gale and A. L. Rohl, Mol. Simul. 29, 291 (2003).

7449 (1996).

13. D. W. Brenner, Phys. Rev. B 42, 15 (1990).

23. V. M. Rotello, J. B. Howard, T. Yadav, M. M. Conn,

14. J. E. Jones, Proc. R. Soc. Lond. A 106, 463 (1924).

E. Viani, L. M. Giovane, and A. L. Lafleur, Tetrahedron

15. S. Okada, M. Otani, and A. Oshiyama, Phys. Rev. B

Lett. 34, 1561 (1993).

67, 205411 (2003).

24. E. F. Sheka and L. Kh. Shaymardanova, J. Mater. Chem.

16. J. M. Dawlaty, S. Shivaraman, M. Chandrashekhar,

F. Rana, and M. G. Spencer, Appl. Phys. Lett. 92,

21, 17128 (2011).

042116(3) (2008).

25. F. Banhart, J. Kotakoski, and A. V. Krasheninnikov,

17. A. Hashimoto, H. Terasaki, A. Yamamoto, and

ACS Nano 5, 26 (2011).

S. Tanaka, Diam. & Relat. Mater. 18, 388 (2009).

26. Л. А. Чернозатонский, А. А. Артюх, В. А. Демин,

18. S. Saito and A. Oshiyama, Phys. Rev. B 49, 17413

Письма в ЖЭТФ 97, 119 (2013).

(1994).

27. L. Kh. Rysaeva, J. A. Baimova, D. S. Lisovenko,

19. P. C. Eklund and A. M. Rao (editors), Fullerene

V. A. Gorodtsov, and S.V. Dmitriev, Phys. Status

polymers and fullerene polymer composites, Springer,

Solidi B 256, 1800049 (2019).

Berlin (2000).

20. M. Alvarez-Murga and J. L. Hodeau, Carbon 82, 381

28. M. Chen, R. Guan, and S. Yang, Adv. Sci. 6, 1800941

(2015).

(2019).

Письма в ЖЭТФ том 111 вып. 1 - 2

2020