Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Математика. Механика. Информатика

ISSN 1816-9791 (Print)
ISSN 2541-9005 (Online)

Для цитирования:

Глухова О. Е., Колесниченко П. А., Слепченков М. М. Методика генерирования атомистических супер-ячеек слоистых сеток из многостенных хиральных углеродных нанотрубок и жгутов из них // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2026. Т. 26, вып. 3. С. 407-417. DOI: 10.18500/1816-9791-2026-26-3-407-417, EDN: PWVEUF

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
31.08.2026
Полный текст:
скачать
(downloads: 6)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Механика
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
530.145.81
DOI: 
10.18500/1816-9791-2026-26-3-407-417
EDN: 
PWVEUF

Методика генерирования атомистических супер-ячеек слоистых сеток из многостенных хиральных углеродных нанотрубок и жгутов из них

Авторы: 
Глухова Ольга Евгеньевна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Колесниченко Павел Андреевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Слепченков Михаил Михайлович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

Для исследования механических свойств квази 2D-слоистых сеток из хиральных многостенных углеродных нанотрубок и жгутов из них разработана методика построения атомистических моделей супер-ячеек на основе хиральных нанотрубок типа $(m,2m)$. Сетки представляют собой Х-образное ван-дер-ваальсовое соединение нанотрубок с различным шагом периодичности в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Методика как алгоритм последовательных математических манипуляций универсальна и может быть использована для любой конфигурации многостенных углеродных нанотрубок и жгутов из них с любым количеством нанотрубок, входящих в эти нанотрубки. Разработанная методика также позволяет производить контроль за шагом сетки — размером окна, образованного трубками. Апробация методики проведена на примере одиночных двустенных углеродных нанотрубок и жгутов, содержащих как две, так и три нанотрубки.

Ключевые слова: 
углеродные многостенные хиральные нанотрубки
жгуты из хиральных многостенных нанотрубок
метод функционала плотности в приближении сильной связи (DFTB)
моделирование углеродных наноструктур
Благодарности: 
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 25-29-00963, https://rscf.ru/project/25-29-00963/).
Список источников: 
  1. Елецкий А. В. Механические свойства углеродных наноструктур и материалов на их основе // Успехи физических наук. 2007. Т. 177. С. 233–274. DOI: https://doi.org/10.3367/UFNr.0177.200703a.0233
  2. Баимова Ю. А., Мурзаев Р. Т., Дмитриев С. В. Механические свойства объемных углеродных наноматериалов // Физика твердого тела. 2014. Т. 56, № 10. С. 1946–1952. EDN: SNWAAV
  3. Georgantzinos S. K., Giannopoulos G. I., Stamoulis K., Markolefas S. Composites in aerospace and mechanical engineering // Materials. 2023. Vol. 16. Art. 7230. DOI: https://doi.org/10.3390/ma16227230
  4. Harussani M., Sapuan S., Nadeem G., Rafin T., Kirubaanand W. Recent applications of carbonbased composites in defence industry: A review // Defence Technology. 2022. Vol. 18, iss. 8. P. 1281–1300. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dt.2022.03.006
  5. Zecchi S., Cristoforo G., Piatti E., Torsello D., Ghigo G., Tagliaferro A., Rosso C., Bartoli M. A concise review of recent advancements in carbon nanotubes for aerospace applications // Micromachines. 2025. Vol. 16, iss. 1. Art. 53. DOI: https://doi.org/10.3390/mi16010053
  6. Ramachandran K., Boopalan V., Bear J. C., Subramani R. Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs)-reinforced ceramic nanocomposites for aerospace applications: A review // Journal of Materials Science. 2022. Vol. 57, iss. 2. P. 3923–3953. DOI: https://doi.org/10.1007/s10853-021-06760-X
  7. Xia Q., Mei H., Zhang Z., Liu Y., Liu Y., Leng J. Fabrication of the silver modified carbon nanotube film/carbon fiber reinforced polymer composite for the lightning strike protection application // Composites Part B: Engineering. 2020. Vol. 180. Art. 107563. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107563
  8. Zhu M., Zhang P., Gao F., Bai Y., Zhang H., Zu M., Liu L., Zhang Z. Advanced lightweight lightning strike protection composites based on super-aligned carbon nanotube films and thermal-resistant zirconia fibers // Nanoscale Advances. 2024. Vol. 6, iss. 19. P. 4858–4864. DOI: https://doi.org/10.1039/D4NA00392F
  9. Mallampati S. C., Komal U. K., Rakesh P., Barman P. Investigation of the mechanical response of MWCNTs infused carbon/glass fiber-based hybrid composites using digital image correlation // Construction and Building Materials. 2025. Vol. 492. Art. 143068. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2025.143068
  10. Xia X., Xiao J., Yang W., Weng G. J. Modeling of CNT alignment state on the strain sensing characteristics of MWCNT-based nanocomposites // Applied Mathematical Modelling. 2025. Vol. 141. Art. 115946. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apm.2025.115946
  11. Safaei B., Naseradinmousavi P., Rahmani A. Development of an accurate molecular mechanics model for buckling behavior of multi-walled carbon nanotubes under axial compression // Journal of Molecular Graphics and Modelling. 2016. Vol. 65. P. 43–60. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmgm.2016.02.001
  12. Sonawane S. S., Thakur P. P., Paul R. Study on visco-elastic properties enhancement of MWCNT based polypropylene nanocomposites // Materials Today: Proceedings. 2020. Vol. 29, pt. 3. P. 929–933. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.05.417
  13. Wang G., Liu L., Zhang Z. Interface mechanics in carbon nanomaterials-based nanocomposites // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2021. Vol. 141. Art. 106212. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2020.106212
  14. Goh B., Choi J. The maintained interstitials in twisted carbon nanotube bundles under bending deformation // Cell Reports Physical Science. 2025. Vol. 6, iss. 2. Art. 102443. DOI: https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2025.102443
  15. Serafimoski S., Šobak M., Vesel A., Slemenik Perše L., Oseli A. Structure-property relationship of established MWCNT network enhancing thermo-mechanical stability and electrical conductivity in TPU nanocomposites // Materials & Design. 2025. Vol. 260. Art. 115126. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2025.115126
  16. Goh B., Choi J. Radial gradient characteristics formed by the interstitial space of MWCNT yarn owing to twisting // Carbon. 2024. Vol. 230. Art. 119642. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119642
  17. O’Brien N. P., McCarthy M. A., Curtin W. A. Improved inter-tube coupling in CNT bundles through carbon ion irradiation // Carbon. 2013. Vol. 51. P. 173–184. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.08.026
  18. Kassa M. K., Arumugam A. B. Bending response analysis of a laminated, tapered, curved, composite panel made from an agglomerated and wavy MWCNT-glass fiber-polymer hybrid // Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering. 2021. Vol. 46, iss. 1. P. 103–131. DOI: https://doi.org/10.1139/tcsme-2021-0084
  19. Глухова О. Е., Колесниченко П. А., Слепченков М. М. Механические свойства многостенных углеродных хиральных нанотрубок и жгутов из них: In silico исследования в рамках метода функционала плотности в приближении сильной связи // Физика твердого тела. 2025. Т. 67, вып. 5. С. 897–903. DOI: https://doi.org/10.61011/FTT.2025.05.60756.105-25, EDN: OAUTZO
  20. Hourahine B., Berdakin M., Bich J. A. et al. Recent developments in DFTB+, a software package for efficient atomistic quantum mechanical simulations // The Journal of Physical Chemistry A. 2025. Vol. 129, iss. 24. P. 5373–5390. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpca.5c01146
  21. Rauls E., Gutierrez R., Elsner J., Frauenheim Th. Stoichiometric and non-stoichiometric (101−0) and (112−0) surfaces in 2H–SiC: A theoretical study // Solid State Communications. 1999. Vol. 111, iss. 8. P. 459–465. DOI: https://doi.org/10.1016/S0038-1098(99)00137-4, EDN: ADMSDX
  22. Nocedal J., Wright S. J. Numerical Optimization. 2nd ed. New York : Springer, 2006. 664 p.
Поступила в редакцию: 
16.03.2026
Принята к публикации: 
04.06.2026
Опубликована: 
31.08.2026
  • 36 просмотров