name: Моделирование взаимодействия частиц, содержащих водород, кислород, фтор, углерод, азот, фосфор, со структурными дефектами на поверхности алмаза, графена и гексагонального нитрида бора
keyword_list: гексагональный нитрид бора графен поверхность алмаза квантово-химическое моделирование структурные дефекты адсорбция двумерные материалы
abstract: Диссертация посвящена теоретическому исследованию структуры, электронных и адсорбционных свойств дефектов поверхности кристаллов алмаза, графена и монослоев гексагонального нитрида бора, а также физико-химических взаимодействий, являющихся основой реактивного ионного травления и функционализации. Целью диссертационного исследования являлось определение основных механизмов физико-химических явлений, происходящих при взаимодействии поверхности объемных и двумерных структур на основе углерода, бора и азота, с внешней газовой и жидкой средой, а также интерпретация существующих практически значимых экспериментальных данных о влиянии структурных несовершенств на процессы взаимодействия, с использованием первопринципных и полуэмпирических вычислительных методов квантово-механической теории. 
  В диссертационной работе впервые: 1) на основании первопринципных и полуэмпирических квантово-химических расчетов показано, что наиболее стабильной моновакансии чистой поверхности алмаза C(100)-(2×1) соответствует конфигурация в третьем слое под димерными рядами. Показано, что возникновение вакансий в третьем слое не приводит к дальнейшей графитизации поверхности. Определено, что присутствие дивакансионных дефектов V2 и V–C=C–V на поверхности алмаза C(111)-(2×1) изменяет механизм и энергетические характеристики адсорбции молекул; 2) на основании полуэмпирических квантово-химических расчетов показано, что стабильность комплексов «азот + вакансия», «бор + вакансия» в слоях чистой и гидрированной поверхности алмаза C(100)-(2×1) связана с формированием графеноподобной поверхностной структуры. Показано, что спиновые свойства наиболее стабильных NV дефектов подобны свойствам комплексов в объеме алмаза. Определены наиболее активные адсорбционные центры на поверхности с моновакансионными и комплексными дефектами; 3) на основании квантово-химического моделирования определены механизмы и энергетические характеристики взаимодействия атомарного и молекулярного водорода, а также водяного пара с вакансионными дефектами на поверхности алмаза C(100)-(2×1); 4) на основании полуэмпирических квантово-химических расчетов определены параметры взаимодействия водорода, кислорода, метилена и монооксида углерода с точечными дефектами на гидрированной поверхности алмаза C(100):H. Найдены наиболее вероятные элементарные акты травления и восстановления упорядоченной структуры поверхности в газовой смеси водорода и кислорода; 5) на основании квантово-химического моделирования определены механизмы и энергетические характеристики взаимодействия фтора и фторида углерода с упорядоченной структурой C(100)-(2×1) и содержащей дефекты поверхностью алмаза. Дано теоретическое обоснование влияния моно- и дифторидных поверхностных комплексов на процесс ионно-плазменного травления; 6) на основании полуэмпирических квантово-химических расчетов определены параметры физической сорбции, молекулярной и диссоциативной хемосорбции молекул воды, аммиака, фосфина и метана на межзеренных границах поликристаллического графена; 7) методом квантово-химического моделирования исследованы механизмы взаимодействия ионов F-, FHF- и ассоциатов с молекулами H2O, с поверхностью графена. Определена роль моно- и дивакансионных дефектов, а также межзеренных границ в процессе синтеза фторографена в водных растворах плавиковой кислоты; 8) на основании полуэмпирических квантово-химических расчетов определены параметры адсорбции молекул этанола, этиленгликоля и толуола с моно- и мультивакансионными дефектами гексагонального нитрида бора. Дано теоретическое обоснование использования пористого h-BN для очищения воды; 9) методом квантово-химических расчетов показано влияние зарядового состояния на реактивность собственных, примесных и комплексных дефектов (N(B), B(N), Ni, VN, C(N), C(B), O(N), (VB-O(N))  в монолистах h-BN.
  Значение полученных результатов исследования для практики подтверждается тем, что: определены перспективы использования комплексов «азот+вакансия», «бор+вакансия» в приповерхностных слоях алмаза; интерпретированы существующие практически значимые экспериментальные данные о реактивном ионном травлении поверхности алмаза, фторировании графена, очищении воды с помощью h-BN; показана перспектива сенсорных свойств поликристаллического графена; представлены рекомендации по дальнейшему совершенствованию методов консолидации наноструктурных керамических материалов на основе карбидов; синтеза наноструктурированных керамик, модифицированных наноалмазами; очистки алмазных порошков; синтеза алмазно-металлокерамических материалов в камере высокого давления; различных технологических процессов покрытия поверхности алмаза.
  Рекомендации на основании результатов диссертационного исследования использовались при выполнении ряда прикладных научных исследований, проводившихся в ФГБНУ ТИСНУМ с 2011 по 2019 гг. в рамках семи госконтрактов на разработку технологий получения наноструктурированных углеродных, сверхтвердых, керамических материалов нового поколения .
chairman_dissertation_council.name: Алексей
chairman_dissertation_council.surname: Ткачев
chairman_dissertation_council.patronymic: Григорьевич
chairman_dissertation_council.position: Заведующий кафедрой
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: B-1245-2014
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 16021026700
chairman_dissertation_council.rinc_id: 174578
chairman_dissertation_council.orcid: 0000000150999682
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Михаил
organization_supervisor.surname: Краснянский
organization_supervisor.patronymic: Николаевич
organization_supervisor.position: Ректор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 31.15.19
rubrics.name: Химия твердого тела
oecds.code: 01.04.DY
oecds.name: CHEMISTRY, MULTIDISCIPLINARY
oecds.code: 01.04.EI
oecds.name: CHEMISTRY, PHYSICAL
speciality_codes.name: Химия твердого тела
speciality_codes.code: 02.00.21
opponents.fio: Запороцкова И.В.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Булушева Л.Г.
opponents.scientific_degree: Доктор химических наук
opponents.speciality_code: Физическая химия
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Спицын Б.В.
opponents.scientific_degree: Доктор химических наук
opponents.speciality_code: Физическая химия
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ФГБОУ ВО "ТГТУ"
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
protection_organization.ogrn: 1026801156557
protection_organization.supervisor_name: МИХАИЛ
protection_organization.supervisor_surname: КРАСНЯНСКИЙ
protection_organization.supervisor_patronymic: НИКОЛАЕВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: ФГБНУ ТИСНУМ
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ СВЕРХТВЕРДЫХ И НОВЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ"
author_organization.ogrn: 1025006036439
author_organization.supervisor_name: СЕРГЕЙ
author_organization.supervisor_surname: ТЕРЕНТЬЕВ
author_organization.supervisor_patronymic: АЛЕКСАНДРОВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения