Gast-Wirt-Wechselwirkungen, Diffusion und mechanische Eigenschaften von festen Fullerenphasen, Fulleren-Komposit- und Kohlenstoff-basierte Nanostrukturen, mechanische Eigenschaften, Nano Sieving

固体富勒烯相的客主相互作用、扩散和机械性能、富勒烯复合材料和碳基纳米结构、机械性能、纳米筛分

• 批准号: 5388672
• 负责人: Professor Dr. Thomas Heine
• 金额: --
• 依托单位: Professur für Theoretische Chemie
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2002-12-31 至 2010-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/5388672?language=en
• 关键词: Gast; Wirt; Wechselwirkungen; Diffusion; und

In der ersten Phase der Förderung wurden Fullerenfestkörper und ihre Bausteine hinsichtlichihrer Stabilität und ihrer Eigenschaften untersucht. Wir konnten zahlreiche Beiträge zu diesemThema liefern und können die theoretischen Studien zu Fullerenfestkörpern mitexperimentellem Hintergrund als abgeschlossen betrachten. Darüber hinaus ergaben unsereArbeiten neue Fragestellungen zu Kohlenstoff-Nanostrukturen, die uns motivierten, diesenFortsetzungsantrag zu stellen: Wir planen, uns in den kommenden 3 Jahren mit nanoporösenKohlenstoffstrukturen mit potentieller technologischer Relevanz zu befassen. Wirinteressieren uns insbesondere für deren mechanische Stabilität, für die Möglichkeit, Gase inden Nanoporen zu adsorbieren und zu trennen, sowie für die Wärmeleitfähigkeit dieserMaterialien.Feste Phasen von nanoporösen Kohlenstoffstrukturen, insbesondere solche, die Fullerene oderKohlenstoff-Nanoröhren enthalten bzw. aus diesen Nanopartikeln hergestellt werden, sollentheoretisch untersucht werden. Im Mittelpunkt der Untersuchungen stehen die technologischrelevanten Eigenschaften dieser Materialien. Sie sind sehr leicht, können aber trotzdem einehohe mechanische Stabilität aufweisen. Daher sollen die mechanischen Eigenschaftenuntersucht werden. Hier sollen sowohl die ”statischen“ Eigenschaften wie dieElastizitätskonstanten, aber auch die dynamischen Eigenschaften wie die Stabilität unterhohen Drücken und unter Zug bzw. Verdrillung untersucht werden. Der Einfluss vonstrukturellen Änderungen auf die Elektronik dieser Strukturen stellt einen weiteren Aspektdieser Untersuchungen dar. Da Kohlenstoff-Nanostrukturen auch bei hohen Temperaturenihre hohe mechanische Stabilität nicht verlieren und gleichzeitig eine hoheWärmeleitfähigkeit aufweisen, soll letztere, in Abhängigkeit von der Temperatur und vomTemperaturgradienten, untersucht werden.Die Nanoporen erlauben die Aufnahme von Gastmolekülen, beispielsweise von He, H2, CO,CO2 oder CH4. Die Speicherung von Gastmolekülen in Nanoporen ist von technologischemInteresse und soll hier untersucht werden. Zur Beschreibung der Speicherkapazität ist nichtnur die Wechselwirkungsenergie von Bedeutung, auch Beiträge aus der Entropie müssenberücksichtigt werden. Die Natur der Gast-Wirt-Wechselwirkungen, insbesondere dieBeiträge aus London-Dispersion (induzierter Dipol − induzierter Dipol) sollen mit solchenvom Typ Dipol − induzierter Dipol verglichen und quantifiziert werden, um effizienterStrukturen für technologisch relevante Anwendungen vorschlagen zu können.Schließlich soll die Diffusion von Gastmolekülen durch die Nanostrukturen untersuchtwerden. Neben topologischen Einflüssen auf die Diffusionsraten, beispielsweise durchKanäle, die Diffusion bevorzugt in eine Raumrichtung erlauben, soll der Effekt desmolekularen Siebens (molecular sieving) bzw. des Nanoreinigens (nano cleaning) betrachtetwerden. Hier spielen die Gast-Wirt-Wechselwirkungen und die Topologie der Nanoporen eineentscheidende Rolle. Neben den Diffusionsraten sind auch die Verweilzeiten vonGastmolekülen in den Nanostrukturen interessant, da diese wichtig für die Reinigung derStrukturen sind. Beispielsweise soll untersucht werden, ob und wie Nanoporen, die durch N2passiviert wurden, wieder aktiviert werden können. Für die Berechnungen der Strukturen undder mechanischen und elektromechanischen Eigenschaften werden wir eine parametrisierteDF-TB-LCAO Methode verwenden, die schon im ersten Antragszeitraum exzellenteErgebnisse lieferte. Zur Bestimmung der Diffusionsraten benutzen wir kombinierteRechnungen auf der Basis von Hybridverfahren (QM/MM) oder an ab initio-Rechnungenkalibrierte Molekularmechanik. Die freie Bindungsenergie der Gast-Wirt-Systeme wird miteiner kürzlich von unserer Arbeitsgruppe entwickelten quantenmechanischen Methodeberechnet. Zur Simulation des nano sieving-Effekts sollen neue Methoden derMolekulardynamik, insbesondere ”Metadynamik“ getestet und implementiert werden.

In der ersten Phase der Förderung wurden Fullerenfestkörper und ihre Bausteine hinsichtlichihrer Stabilität und ihrer Eigenschaften untersucht.我们知道这是一个很好的主题，也知道理论上的问题，这是一个很好的实验，也是一个很好的实验。我们希望通过Kohlenstoff-Nanostrukturen的新技术，使我们的动力和力量得到加强：我们计划在3年内使用具有潜在技术相关性的纳米材料Kohlenstoffstrukturen。Wirinteressieren uns insbesondere für deren mechanische Stabilität，für die Möglichkeit，Gase inden Nanoporen zu adsorbieren und zu trennen，sowie für die Wärzeitfähigkeit dieserMaterialien.Feste Phasen von nanoporösen Kohlenstoffstrukturen，insbesondere solche，die Fullerene oderKohlenstoff-Nanoröhren bzw.从纳米粒子的结构可以看出韦尔登的存在，这是韦尔登的理论基础。在技术相关的材料特性方面，在中间点进行研究。您看起来很好，您需要一个稳定的机械装置。这是韦尔登固有的机械结构。在这里，我们可以看到“静态”特征与弹性特征一样，也可以看到动态特征与设计和施工过程中的稳定性一样。Verdrillung untersucht韦尔登。这种结构对电子设备的影响是一个很小的期望值。Kohlenstoff-Nanostrukturen auch bei hohen Temperaturenihre hohe mechanische Stabilität verlieren und gleichzeitig eine hoheWärzeitfähigkeit aufweisen，soll letztere，in Abhängigkeit von der Temperatur and vomTemperaturgradienten，untersucht韦尔登.Die Nanoporen erlauben die Aufnahme von Gastmolekülen，beispielsweise von He，H2，CO，CO2 oder CH4.纳米孔中气体分子的特性是技术的兴趣和解决方案的韦尔登。Zur Beschreibung der Speicherkapazität ist nichtnur die Wechselenkungsenergie von Bedeutung，auch Beiträge aus der Entropie müssenberücksichtigt韦尔登. Die Natur der Gast-Wirt-Wechselenkungen，insbesondere die Beiträge aus London-Dispersion（induzierter Dipol − induzierter Dipol）sollen mit solchenvom Typ Dipol − induzierter Dipol verglichen und quantifiziert韦尔登，um effizienterStrukturen für technologisch relevant Anwendungen vorschlagen zu können.Schließlich soll die Diffusion von Gastmolekülen durch die Nanostrukturen untersuchtwerden. Neben topologischen Einflüssen auf die Diffusionsraten，beispielsweise durchKanäle，die Diffusion bevorzugt in eine Raumrichtung erlauben，soll der Effekt desmolekularen Siebens（molecular sieving）bzw. des Nanoreinigens（纳米清洁）betrachtetwerden.在此将介绍Gast-Wirt-Wechselfenchkungen和纳米孔的拓扑结构。Neben den Diffusionsraten sind auch die Verweilzeiten vonGastmolekülen in den Nanostrukturen interessant，da diese wichtig für die Reinigung derStrukturen sind.在N2钝化时，通过韦尔登孔和纳米孔，可以使材料变得韦尔登。为了在机械和机电特性韦尔登下实现结构的优化，我们采用了一种参数化的DF-TB-LCAO方法，该方法在第一个Antragszeitraum exzellentErgebnisse lieferte中实现。扩散率的计算是基于混合动力学基础（QM/MM）或从头计算分子力学的综合方法进行的。Gast-Wirt-System的自由约束力将使我们的工作组受益于量子力学方法。为了模拟纳米筛分的效果，我们采用了新的分子动力学方法，即“元分析”方法，并进行了韦尔登。