Квантовохімічне дослідження взаємодії вуглецевої нанотрубки з олігомерами поліетилену і поліпропілену
The results of the study on the properties of carbon nanotubes-polymer nanocomposites have shown that the use of nanotubes (CNT) to fill the polymer matrices of different species significantly alter their physical properties compared to the original polymers. However, the influence of CNT on the pro...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/496 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543906815016960 |
|---|---|
| author | Terets, M. I. Demianenko, E. M. Zhuravsky, S. V. Сhernyuk, O. A. Kuts, V. S. Grebenyuk, A. G. Sementsov, Yu. I. Kokhtych, L. M. Kartel, M. T. |
| author_facet | Terets, M. I. Demianenko, E. M. Zhuravsky, S. V. Сhernyuk, O. A. Kuts, V. S. Grebenyuk, A. G. Sementsov, Yu. I. Kokhtych, L. M. Kartel, M. T. |
| author_sort | Terets, M. I. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:03:38Z |
| description | The results of the study on the properties of carbon nanotubes-polymer nanocomposites have shown that the use of nanotubes (CNT) to fill the polymer matrices of different species significantly alter their physical properties compared to the original polymers. However, the influence of CNT on the properties of nanocomposites obtained at the molecular level has not yet been completely ascertained. Therefore, the purpose of this work was to examine the interaction of CNT with fragments of polymers of the same nature, but somewhat different structure, for example, polyethylene and polypropylene by means of quantum chemistry.By method of density functional theory with the exchange-correlation functional B3LYP, the basis set 6-31G(d,p) and the Grimme dispersion correction, the energy values have been calculated of interaction between carbon nanotube fragments and oligomers of polyethylene and polypropylene, the most probable structures of their intermolecular complexes being optimized.A graphene-like plane of 40 carbon atoms and 16 atoms of hydrogen was chosen as a model for the outer surface of the multi-walled nanotubes (MWNT). In order to take into account the dimensional effect of the surface of the nanotube fragment model on the interaction energy, in addition to the above described, two larger models were used, with the general formula C54H18 and C96H24.It has been found that the interaction energy of a carbon nanotube fragment with an oligomer of polypropylene is greater, compared with polyethylene, which is consistent with the experimental data on melting temperatures of pure polymers and nanotube-polymer composites.The polymer with an outer surface of a carbon nanotube forms an intermolecular complex not bound covalently and retained by intermolecular dispersion forces. Oligomers of polymeric matters and nanotube surfaces in nanocomposites formed are placed closer to each other than separate polymeric links between them. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:35Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-496 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:07:59Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-4962022-06-29T10:03:38Z Quantum chemical study on the interaction of carbon nanotube with polyethylene and polypropylene oligomers Квантовохимическое иследование взаимодействия углеродной нанотрубки с олигомерами полиэтилена и полипропилена Квантовохімічне дослідження взаємодії вуглецевої нанотрубки з олігомерами поліетилену і поліпропілену Terets, M. I. Demianenko, E. M. Zhuravsky, S. V. Сhernyuk, O. A. Kuts, V. S. Grebenyuk, A. G. Sementsov, Yu. I. Kokhtych, L. M. Kartel, M. T. nanocomposite carbon nanotube polyethylene polypropylene density functional theory method cluster approximation dispersion forces of interaction нанокомпозит вуглецева нанотрубка поліетилен поліпропілен метод теорії функціоналу густини кластерне наближення дисперсійні сили взаємодії нанокомпозит углеродная нанотрубка полиэтилен полипропилен метод теории функционала плотности кластерное приближениe дисперсионные силы взаимодействия The results of the study on the properties of carbon nanotubes-polymer nanocomposites have shown that the use of nanotubes (CNT) to fill the polymer matrices of different species significantly alter their physical properties compared to the original polymers. However, the influence of CNT on the properties of nanocomposites obtained at the molecular level has not yet been completely ascertained. Therefore, the purpose of this work was to examine the interaction of CNT with fragments of polymers of the same nature, but somewhat different structure, for example, polyethylene and polypropylene by means of quantum chemistry.By method of density functional theory with the exchange-correlation functional B3LYP, the basis set 6-31G(d,p) and the Grimme dispersion correction, the energy values have been calculated of interaction between carbon nanotube fragments and oligomers of polyethylene and polypropylene, the most probable structures of their intermolecular complexes being optimized.A graphene-like plane of 40 carbon atoms and 16 atoms of hydrogen was chosen as a model for the outer surface of the multi-walled nanotubes (MWNT). In order to take into account the dimensional effect of the surface of the nanotube fragment model on the interaction energy, in addition to the above described, two larger models were used, with the general formula C54H18 and C96H24.It has been found that the interaction energy of a carbon nanotube fragment with an oligomer of polypropylene is greater, compared with polyethylene, which is consistent with the experimental data on melting temperatures of pure polymers and nanotube-polymer composites.The polymer with an outer surface of a carbon nanotube forms an intermolecular complex not bound covalently and retained by intermolecular dispersion forces. Oligomers of polymeric matters and nanotube surfaces in nanocomposites formed are placed closer to each other than separate polymeric links between them. Результаты изучения свойств нанокомпозитов углеродные нанотрубки-полимер показали, что использование углеродных нанотрубок (УНТ) для наполнения полимерных матриц различных видов существенно изменяют их физические свойства по сравнению с исходными полимерами. Однако, влияние УНТ на свойства полученных нанокомпозитов на молекулярном уровне окончательно не выяснено, поэтому целью данной работы было исследовать взаимодействие УНТ с олигомерами полимеров однаковой природы, но несколько различного строения на примере полиэтилена и полипропилена методами квантовой химии.Методом теории функционала плотности с обменно-корреляционным функционалом В3LYP, базисным набором 6-31G (d,p) и дисперсионной поправкой Гримме рассчитаны величины энергии взаимодействия фрагментов углеродной нанотрубки с олигомерами полиэтилена и полипропилена, оптимизированы наиболее вероятные структуры их межмолекулярных комплексов.В качестве модели внешней поверхности многослойных углеродных нанототрубок (МСУНТ) была выбрана графеноподобная плоскость состава С40Н16. Для учета размерного эффекта поверхности модели фрагмента нанотрубки на энергию взаимодействия, кроме выше описанной, были использованы две модели большего размера, общей формулой С54Н18 и С96Н24.Установлено, что величина энергии взаимодействия фрагмента углеродной нанотрубки с олигомером полипропилена больше, по сравнению с полиэтиленом, что согласуется с экспериментальными данными температурам плавления чистых полимеров и композитов нанотрубка-полимер.Полимер с внешней поверхностью углеродной нанотрубки образует межмолекулярный комплекс, который не связан ковалентно и удерживается межмолекулярными дисперсионными силами. Олигомеры полимеров и поверхность нанотрубки образованных нанокомпозитов размещаются ближе друг к другу, чем отдельные полимерные звенья между собой. Результати вивчення властивостей нанокомпозитів вуглецеві нанотрубки-полімер показали, що використання вуглецевих нанотрубок (ВНТ) для наповнення полімерних матриць різних видів суттєво змінює їх фізичні властивості в порівнянні з вихідними полімерами. Однак, вплив ВНТ на властивості одержаних нанокомпозитів на молекулярному рівні остаточно не з’ясовано, тому метою даної роботи було дослідити взаємодію ВНТ з олігомерами полімерів однакової природи, але дещо відмінної будови на прикладі поліетилену і поліпропілену методами квантової хімії.Методом теорії функціоналу густини з обмінно-кореляційним функціоналом В3LYP, базисним набором 6-31G(d,p) і дисперсійною поправкою Грімме розраховані величини енергії взаємодії фрагментів вуглецевої нанотрубки з олігомеромами поліетилену та поліпропілену, оптимізовані найбільш ймовірні структури їх міжмолекулярних комплексів.За модель зовнішньої поверхні багатошарових вуглецевих нанототрубок (БШВНТ) було вибрано графеноподібну площину складом С40Н16. Для врахування розмірного ефекту поверхні моделі фрагменту нанотрубки на енергію взаємодії, крім вище описаної, було використано дві моделі більшого розміру, загальною формулою С54Н18 і С96Н24.Встановлено, що величина енергії взаємодії фрагментa вуглецевої нанотрубки з олігомером поліпропілену більша, в порівнянні з поліетиленом, що узгоджується з експериментальними даними щодо температур плавлення чистих полімерів і композитів нанотрубка-полімер.Полімер з зовнішньою поверхнею вуглецевої нанотрубки утворює міжмолекулярний комплекс, який не зв’язаний ковалентно і утримується міжмолекулярними дисперсійними силами. Олігомери полімерів і поверхні нанотрубки в утворених нанокомпозитах розміщуються ближче один до одного, ніж окремі полімерні ланки між собою. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2019-02-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/496 10.15407/hftp10.01.075 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 10 No. 1 (2019): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 75-86 Химия, физика и технология поверхности; Том 10 № 1 (2019): Химия, физика и технология поверхности; 75-86 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 10 № 1 (2019): Хімія, фізика та технологія поверхні; 75-86 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp10.01 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/496/498 Copyright (c) 2019 M. I. Terets, E. M. Demianenko, S. V. Zhuravsky, O. A. Сhernyuk, V. S. Kuts, A. G. Grebenyuk, Yu. I. Sementsov, L. M. Kokhtych, M. T. Kartel |
| spellingShingle | нанокомпозит вуглецева нанотрубка поліетилен поліпропілен метод теорії функціоналу густини кластерне наближення дисперсійні сили взаємодії Terets, M. I. Demianenko, E. M. Zhuravsky, S. V. Сhernyuk, O. A. Kuts, V. S. Grebenyuk, A. G. Sementsov, Yu. I. Kokhtych, L. M. Kartel, M. T. Квантовохімічне дослідження взаємодії вуглецевої нанотрубки з олігомерами поліетилену і поліпропілену |
| title | Квантовохімічне дослідження взаємодії вуглецевої нанотрубки з олігомерами поліетилену і поліпропілену |
| title_alt | Quantum chemical study on the interaction of carbon nanotube with polyethylene and polypropylene oligomers Квантовохимическое иследование взаимодействия углеродной нанотрубки с олигомерами полиэтилена и полипропилена |
| title_full | Квантовохімічне дослідження взаємодії вуглецевої нанотрубки з олігомерами поліетилену і поліпропілену |
| title_fullStr | Квантовохімічне дослідження взаємодії вуглецевої нанотрубки з олігомерами поліетилену і поліпропілену |
| title_full_unstemmed | Квантовохімічне дослідження взаємодії вуглецевої нанотрубки з олігомерами поліетилену і поліпропілену |
| title_short | Квантовохімічне дослідження взаємодії вуглецевої нанотрубки з олігомерами поліетилену і поліпропілену |
| title_sort | квантовохімічне дослідження взаємодії вуглецевої нанотрубки з олігомерами поліетилену і поліпропілену |
| topic | нанокомпозит вуглецева нанотрубка поліетилен поліпропілен метод теорії функціоналу густини кластерне наближення дисперсійні сили взаємодії |
| topic_facet | nanocomposite carbon nanotube polyethylene polypropylene density functional theory method cluster approximation dispersion forces of interaction нанокомпозит вуглецева нанотрубка поліетилен поліпропілен метод теорії функціоналу густини кластерне наближення дисперсійні сили взаємодії нанокомпозит углеродная нанотрубка полиэтилен полипропилен метод теории функционала плотности кластерное приближениe дисперсионные силы взаимодействия |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/496 |
| work_keys_str_mv | AT teretsmi quantumchemicalstudyontheinteractionofcarbonnanotubewithpolyethyleneandpolypropyleneoligomers AT demianenkoem quantumchemicalstudyontheinteractionofcarbonnanotubewithpolyethyleneandpolypropyleneoligomers AT zhuravskysv quantumchemicalstudyontheinteractionofcarbonnanotubewithpolyethyleneandpolypropyleneoligomers AT shernyukoa quantumchemicalstudyontheinteractionofcarbonnanotubewithpolyethyleneandpolypropyleneoligomers AT kutsvs quantumchemicalstudyontheinteractionofcarbonnanotubewithpolyethyleneandpolypropyleneoligomers AT grebenyukag quantumchemicalstudyontheinteractionofcarbonnanotubewithpolyethyleneandpolypropyleneoligomers AT sementsovyui quantumchemicalstudyontheinteractionofcarbonnanotubewithpolyethyleneandpolypropyleneoligomers AT kokhtychlm quantumchemicalstudyontheinteractionofcarbonnanotubewithpolyethyleneandpolypropyleneoligomers AT kartelmt quantumchemicalstudyontheinteractionofcarbonnanotubewithpolyethyleneandpolypropyleneoligomers AT teretsmi kvantovohimičeskoeisledovanievzaimodejstviâuglerodnojnanotrubkisoligomeramipoliétilenaipolipropilena AT demianenkoem kvantovohimičeskoeisledovanievzaimodejstviâuglerodnojnanotrubkisoligomeramipoliétilenaipolipropilena AT zhuravskysv kvantovohimičeskoeisledovanievzaimodejstviâuglerodnojnanotrubkisoligomeramipoliétilenaipolipropilena AT shernyukoa kvantovohimičeskoeisledovanievzaimodejstviâuglerodnojnanotrubkisoligomeramipoliétilenaipolipropilena AT kutsvs kvantovohimičeskoeisledovanievzaimodejstviâuglerodnojnanotrubkisoligomeramipoliétilenaipolipropilena AT grebenyukag kvantovohimičeskoeisledovanievzaimodejstviâuglerodnojnanotrubkisoligomeramipoliétilenaipolipropilena AT sementsovyui kvantovohimičeskoeisledovanievzaimodejstviâuglerodnojnanotrubkisoligomeramipoliétilenaipolipropilena AT kokhtychlm kvantovohimičeskoeisledovanievzaimodejstviâuglerodnojnanotrubkisoligomeramipoliétilenaipolipropilena AT kartelmt kvantovohimičeskoeisledovanievzaimodejstviâuglerodnojnanotrubkisoligomeramipoliétilenaipolipropilena AT teretsmi kvantovohímíčnedoslídžennâvzaêmodíívuglecevoínanotrubkizolígomeramipolíetilenuípolípropílenu AT demianenkoem kvantovohímíčnedoslídžennâvzaêmodíívuglecevoínanotrubkizolígomeramipolíetilenuípolípropílenu AT zhuravskysv kvantovohímíčnedoslídžennâvzaêmodíívuglecevoínanotrubkizolígomeramipolíetilenuípolípropílenu AT shernyukoa kvantovohímíčnedoslídžennâvzaêmodíívuglecevoínanotrubkizolígomeramipolíetilenuípolípropílenu AT kutsvs kvantovohímíčnedoslídžennâvzaêmodíívuglecevoínanotrubkizolígomeramipolíetilenuípolípropílenu AT grebenyukag kvantovohímíčnedoslídžennâvzaêmodíívuglecevoínanotrubkizolígomeramipolíetilenuípolípropílenu AT sementsovyui kvantovohímíčnedoslídžennâvzaêmodíívuglecevoínanotrubkizolígomeramipolíetilenuípolípropílenu AT kokhtychlm kvantovohímíčnedoslídžennâvzaêmodíívuglecevoínanotrubkizolígomeramipolíetilenuípolípropílenu AT kartelmt kvantovohímíčnedoslídžennâvzaêmodíívuglecevoínanotrubkizolígomeramipolíetilenuípolípropílenu |