Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2018,  том 15,  №2, 182-188

 

К.А. Крылова1, Ю.А. Баимова1,2, Р.Т. Мурзаев1, Р.Р. Мулюков1,2

Энергетический обмен между дискретными бризерами в графане при термическом равновесии

1Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, ул. Степана Халтурина, 39, 450001, Уфа, Республика Башкортостан, Россия
2Башкирский государственный университет, ул. Заки Валиди, 32, 450076, Уфа, Республика Башкортостан, Россия

Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Графан – это полностью наводороженный графен, и в настоящее время исследование его структуры и свойств имеет большой научный и практический интерес. Графан обладает уникальными свойствами, благодаря чему может найти применение в водородной энергетике. Изучению механических и некоторых физических свойств графана посвящено много работ, но мало внимания уделяется исследованию его нелинейных свойств и таких нелинейных объектов как дискретные бризеры. Существуют работы, где показано, что энергия дискретного бризера в графане может приближаться к величине энергетического барьера в 3,85 эВ, при достижении которого происходит разводораживание, т.е. графан становиться графеном. В данной работе методом молекулярной динамики исследовалась возможность энергетического обмена между близкорасположенными дискретными бризерами в графане, находящемся в термическом равновесии при температурах 400 K и 600 K. В структуре графана, термализованного при заданной температуре, были найдены атомы водорода, которые поочередно самопроизвольно возбуждались. Сопоставление кривых изменения кинетической энергии, приходящейся на атом, от времени для выбранных атомов водорода с кривыми их смещения вдоль оси z показало, что при 400 K происходит энергообмен между дискретными бризерами. При этом дискретный бризер передающий энергию соседнему атому перестает существовать. При повышенных температурах (600 K) полученные результаты неоднозначно показывают энергообмен между близкорасположенными дискретными бризерами. Это связано с сильными термофлуктуационными колебаниями атомов при высокой температуре (выше 400 K).

Ключевые слова: графан, дискретные бризеры, молекулярная динамика.

УДК 539.2

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2018.02.003


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 15, No.2 (2018) 182-188

 

K.A. Krylova1, J.A. Baimova1,2, R.T. Murzaev1, R.R. Mulyukov1,2

Energy exchange between discrete breathers in graphane in thermal equilibrium

1Institute for Metals Superplasticity Problems of RAS, Khalturina Str., 39, Ufa, Republic of Bashkortostan, 450001, Russia
2Bashkir State University, Zaki Validi Str., 32, Ufa, Republic of Bashkortostan, 450076, Russia

Graphane is a fully hydrogenated graphene and nowadays studying of its structure and properties is of great scientific and practical interest. Graphane has unique properties and potentially can be used for hydrogen storage and transportation. Plenty of work is devoted to the study of mechanical and physical properties of graphane, but little attention is paid to the study of its nonlinear properties and such nonlinear objects as discrete breathers. It is previously shown that the energy of a discrete breather in a graphane close to the value of the energy barrier at which the dehydrogenation of graphene occurs. In the present paper, molecular dynamics simulation is used to investigate the possibility of an energy exchange between discrete breathers in graphane in thermal equilibrium at temperatures 400 K and 600 K. In thermally equilibrated graphane, hydrogen atoms are spontaneously excited and can be considered as discrete breathers. Comparison of the kinetic energy per atom as the function of time for the selected hydrogen atoms with their displacements along the z axis showed that there is an energy exchange between discrete breathers at 400 K. Hydrogen atom, transmitting its energy to the neighboring atom no longer exists as discrete breather. At high temperatures (600 K) the energy exchange between closely located discrete breathers also take place but significant thermo-oscillations of atoms at high temperatures (above 400 K) considerably affect the process.

Keywords: graphane, discrete breathers, molecular dynamics.