Теоретичне дослідження впливу гетероатомів (N, B, Si) на взаємодію кластерів алюмінію з вуглецевою графеноподібною площиною
It is known that the addition of a small amount of carbon nanomaterials significantly improves the mechanical properties of composites with a metal matrix. One of the most important, promising and available metals as a matrix for such modification is aluminum. However, at the interface between the c...
Gespeichert in:
| Datum: | 2022 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2022
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/642 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| id |
oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-642 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2022-12-22T07:57:52Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
графеноподібна площина коронен нанокластери метод теорії функціонала густини кластерне наближення карбід алюмінію карбід кремнію |
| spellingShingle |
графеноподібна площина коронен нанокластери метод теорії функціонала густини кластерне наближення карбід алюмінію карбід кремнію Demianenko, E. M. Terets, M. I. Ushakova, L. M. Zhuravskyi, S. V. Sementsov, Yu. I. Lobanov, V. V. Filonenko, O. V. Kuts, V. S. Grebenyuk, A. G. Kartel, M. T. Теоретичне дослідження впливу гетероатомів (N, B, Si) на взаємодію кластерів алюмінію з вуглецевою графеноподібною площиною |
| topic_facet |
graphene-like plane coronene aluminum nanoclusters density functional theory method cluster approximation aluminum carbide silicon carbide графеноподібна площина коронен нанокластери метод теорії функціонала густини кластерне наближення карбід алюмінію карбід кремнію |
| format |
Article |
| author |
Demianenko, E. M. Terets, M. I. Ushakova, L. M. Zhuravskyi, S. V. Sementsov, Yu. I. Lobanov, V. V. Filonenko, O. V. Kuts, V. S. Grebenyuk, A. G. Kartel, M. T. |
| author_facet |
Demianenko, E. M. Terets, M. I. Ushakova, L. M. Zhuravskyi, S. V. Sementsov, Yu. I. Lobanov, V. V. Filonenko, O. V. Kuts, V. S. Grebenyuk, A. G. Kartel, M. T. |
| author_sort |
Demianenko, E. M. |
| title |
Теоретичне дослідження впливу гетероатомів (N, B, Si) на взаємодію кластерів алюмінію з вуглецевою графеноподібною площиною |
| title_short |
Теоретичне дослідження впливу гетероатомів (N, B, Si) на взаємодію кластерів алюмінію з вуглецевою графеноподібною площиною |
| title_full |
Теоретичне дослідження впливу гетероатомів (N, B, Si) на взаємодію кластерів алюмінію з вуглецевою графеноподібною площиною |
| title_fullStr |
Теоретичне дослідження впливу гетероатомів (N, B, Si) на взаємодію кластерів алюмінію з вуглецевою графеноподібною площиною |
| title_full_unstemmed |
Теоретичне дослідження впливу гетероатомів (N, B, Si) на взаємодію кластерів алюмінію з вуглецевою графеноподібною площиною |
| title_sort |
теоретичне дослідження впливу гетероатомів (n, b, si) на взаємодію кластерів алюмінію з вуглецевою графеноподібною площиною |
| title_alt |
A theoretical study on the effect of heteroatoms (N, B, Si) on the interaction of aluminum clusters with a carbon graphene-like plane |
| description |
It is known that the addition of a small amount of carbon nanomaterials significantly improves the mechanical properties of composites with a metal matrix. One of the most important, promising and available metals as a matrix for such modification is aluminum. However, at the interface between the carbon material and Al, aluminum carbides of different composition are formed, which are brittle and have the main disadvantage - solubility in water. Therefore, the appearance of aluminum carbide is a serious problem, since it contributes to the formation of defects, which, when the composite is deformed, leads to cracking of the composite due to the presence of microneedles. In this regard, in order to predict the features of the interaction of aluminum itself with the surface of carbon nanomaterials, it is advisable to model such processes using quantum chemistry methods.The aim of the work was to reveal the effect of temperature on the chemical interaction of aluminum clusters with native, boron-, silicon-, and nitrogen-containing graphene-like planes (GLP).All the calculated by three methods (B3LYP/6-31G(d,p), MP2/6-31G(d,p) and PВЕ0/6-31G(d,p)) values of the dependence of the Gibbs free energy on temperature for different cluster sizes of aluminum and graphene-like clusters are the highest for native graphene-like planes. In all cases, the values of the Gibbs free energy increase with temperature.The lowest values of the temperature dependence of the Gibbs free energy vary as dependent on the size of the reactant models and research methods, this is especially characteristic of the presence of boron and silicon atoms in the graphene-like clusters.Therefore, the absence of heteroatoms in the composition of the nanocarbon matrix contributes to the fact that aluminum carbide islands should not be formed in the carbon-containing nanocomposite with aluminum, which negatively affects the physical and chemical characteristics of the resulting nanocomposite. |
| publisher |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| publishDate |
2022 |
| url |
https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/642 |
| work_keys_str_mv |
AT demianenkoem atheoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT teretsmi atheoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT ushakovalm atheoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT zhuravskyisv atheoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT sementsovyui atheoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT lobanovvv atheoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT filonenkoov atheoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT kutsvs atheoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT grebenyukag atheoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT kartelmt atheoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT demianenkoem teoretičnedoslídžennâvplivugeteroatomívnbsinavzaêmodíûklasterívalûmíníûzvuglecevoûgrafenopodíbnoûploŝinoû AT teretsmi teoretičnedoslídžennâvplivugeteroatomívnbsinavzaêmodíûklasterívalûmíníûzvuglecevoûgrafenopodíbnoûploŝinoû AT ushakovalm teoretičnedoslídžennâvplivugeteroatomívnbsinavzaêmodíûklasterívalûmíníûzvuglecevoûgrafenopodíbnoûploŝinoû AT zhuravskyisv teoretičnedoslídžennâvplivugeteroatomívnbsinavzaêmodíûklasterívalûmíníûzvuglecevoûgrafenopodíbnoûploŝinoû AT sementsovyui teoretičnedoslídžennâvplivugeteroatomívnbsinavzaêmodíûklasterívalûmíníûzvuglecevoûgrafenopodíbnoûploŝinoû AT lobanovvv teoretičnedoslídžennâvplivugeteroatomívnbsinavzaêmodíûklasterívalûmíníûzvuglecevoûgrafenopodíbnoûploŝinoû AT filonenkoov teoretičnedoslídžennâvplivugeteroatomívnbsinavzaêmodíûklasterívalûmíníûzvuglecevoûgrafenopodíbnoûploŝinoû AT kutsvs teoretičnedoslídžennâvplivugeteroatomívnbsinavzaêmodíûklasterívalûmíníûzvuglecevoûgrafenopodíbnoûploŝinoû AT grebenyukag teoretičnedoslídžennâvplivugeteroatomívnbsinavzaêmodíûklasterívalûmíníûzvuglecevoûgrafenopodíbnoûploŝinoû AT kartelmt teoretičnedoslídžennâvplivugeteroatomívnbsinavzaêmodíûklasterívalûmíníûzvuglecevoûgrafenopodíbnoûploŝinoû AT demianenkoem theoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT teretsmi theoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT ushakovalm theoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT zhuravskyisv theoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT sementsovyui theoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT lobanovvv theoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT filonenkoov theoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT kutsvs theoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT grebenyukag theoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane AT kartelmt theoreticalstudyontheeffectofheteroatomsnbsiontheinteractionofaluminumclusterswithacarbongraphenelikeplane |
| first_indexed |
2025-09-24T17:25:25Z |
| last_indexed |
2025-09-24T17:45:46Z |
| _version_ |
1844168303387344896 |
| spelling |
oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-6422022-12-22T07:57:52Z A theoretical study on the effect of heteroatoms (N, B, Si) on the interaction of aluminum clusters with a carbon graphene-like plane Теоретичне дослідження впливу гетероатомів (N, B, Si) на взаємодію кластерів алюмінію з вуглецевою графеноподібною площиною Demianenko, E. M. Terets, M. I. Ushakova, L. M. Zhuravskyi, S. V. Sementsov, Yu. I. Lobanov, V. V. Filonenko, O. V. Kuts, V. S. Grebenyuk, A. G. Kartel, M. T. graphene-like plane coronene aluminum nanoclusters density functional theory method cluster approximation aluminum carbide silicon carbide графеноподібна площина коронен нанокластери метод теорії функціонала густини кластерне наближення карбід алюмінію карбід кремнію It is known that the addition of a small amount of carbon nanomaterials significantly improves the mechanical properties of composites with a metal matrix. One of the most important, promising and available metals as a matrix for such modification is aluminum. However, at the interface between the carbon material and Al, aluminum carbides of different composition are formed, which are brittle and have the main disadvantage - solubility in water. Therefore, the appearance of aluminum carbide is a serious problem, since it contributes to the formation of defects, which, when the composite is deformed, leads to cracking of the composite due to the presence of microneedles. In this regard, in order to predict the features of the interaction of aluminum itself with the surface of carbon nanomaterials, it is advisable to model such processes using quantum chemistry methods.The aim of the work was to reveal the effect of temperature on the chemical interaction of aluminum clusters with native, boron-, silicon-, and nitrogen-containing graphene-like planes (GLP).All the calculated by three methods (B3LYP/6-31G(d,p), MP2/6-31G(d,p) and PВЕ0/6-31G(d,p)) values of the dependence of the Gibbs free energy on temperature for different cluster sizes of aluminum and graphene-like clusters are the highest for native graphene-like planes. In all cases, the values of the Gibbs free energy increase with temperature.The lowest values of the temperature dependence of the Gibbs free energy vary as dependent on the size of the reactant models and research methods, this is especially characteristic of the presence of boron and silicon atoms in the graphene-like clusters.Therefore, the absence of heteroatoms in the composition of the nanocarbon matrix contributes to the fact that aluminum carbide islands should not be formed in the carbon-containing nanocomposite with aluminum, which negatively affects the physical and chemical characteristics of the resulting nanocomposite. Відомо, що додавання невеликої кількості вуглецевих наноматеріалів значно покращує механічні властивості композитів з металевою матрицею. Одним із найбільш важливим, перспективним та доступним металом як матриці для подібної модифікації є алюміній. Однак на межі поділу між вуглецевим матеріалом та Al утворюється карбіди алюмінію різного складу, які є крихкими і мають головний недолік – розчинність у воді. Тому поява карбіду алюмінію є серйозною проблемою, оскільки це сприяє утворенню дефектів, які при деформації композиту приводять до розтріскування композиту внаслідок наявності мікроголок. У зв’язку з цим, для передбачення особливостей взаємодії саме алюмінію з поверхнею доповнених гетероатомами (N, B, Si) вуглецевих наноматеріалів, доцільно провести моделювання таких процесів методами квантової хімії. Метою роботи було з’ясувати вплив температури на хімічну взаємодію кластерів алюмінію з нативною, бор-, силіций- та нітрогенвмісними графеноподібними площинами (ГПП). Всі розраховані трьома методами (B3LYP/6-31G(d,p), МР2/6-31G(d,p) та PВЕ0/6-31G(d,p)) значення залежності вільної енергії Гібса від температури як для різних розмірів кластерів алюмінію, так і графеноподібних кластерів, є найвищими для нативних графеноподібних площин. У усіх випадках, значення вільної енергії Гібса зростають з температурою. Найнижчі значення температурної залежності вільної енергії Гібса змінюються від розміру моделей реагуючих речовин і методів дослідження, особливо це характерно за наявності в складі графеноподібних кластерів атомів бору та кремнію. Отже, відсутність домішкових гетероатомів у складі нановуглецевої матриці сприяє тому, що у вуглецьвмісному нанокомпозиті з алюмінієм не будуть утворюватись острівці карбіду алюмінію, який негативно впливає на фізичні та хімічні характеристики одержаного нанокомпозиту. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2022-12-01 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/642 10.15407/hftp13.04.391 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 13 No. 4 (2022): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 391-404 Химия, физика и технология поверхности; Том 13 № 4 (2022): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 391-404 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 13 № 4 (2022): Хімія, фізика та технологія поверхні; 391-404 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp13.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/642/655 Copyright (c) 2022 E. M. Demianenko, M. I. Terets, L. M. Ushakova, S. V. Zhuravskyi, Yu. I. Sementsov, V. V. Lobanov, O. V. Filonenko, V. S. Kuts, A. G. Grebenyuk, M. T. Kartel |