Модифицированные слоистые графеновые композиты для улучшения физико-технических характеристик радиоэлектронных компонентов и аккумулирующих энергию устройств

Цель проекта заключалась в поиске и выявлении наиболее эффективно модифицированных слоистых графеновых композитов с позиции улучшения физико-технических характеристик радиоэлектронных компонентов, в частности суперконденсаторов, и аккумулирующих энергию устройств.Задачи исследования: 1) разработка вычислительной методики построения атомистических моделей энергетически выгодных супер-ячеек новых слоистых графеновых композитов, интеркалированных как атомами, так и кластерами бора, азота, кремния; 2) вычисление для полученных моделей физико-технических параметров; 3) определение каналов миграции ионов лития/натрия внутри модифицированного углеродного каркаса; 4) выявление наиболее перспективных модификаций слоистых графеновых композитов с позиции создания на их основе суперконденсаторов и устройств, аккумулирующих энергию. Методы и подходы: для вычисления зонной структуры новых атомистических моделей был применен квантовый метод SCC DFTB. Расчет удельной электропроводности был проведен в рамках формализма Ландауэра – Бюттикера с применением метода неравновесных функций Грина-Келдыша. Для моделирования ионной проводимости и выявления закономерностей миграции ионов лития/натрия был использован метод теории функционала плотности реализованный в программным пакетах Quantum Espresso и SIESTA. Результаты работы и их новизна: 1) впервые показано, что при формировании тонких композитных плёнок с вертикально ориентированными закрытыми нанотрубками наиболее энергетически стабильными являются плёнки с трубками длиной ~1.3 нм и диаметром ~0.8 нм; 2) показано, что заполнение нанополостей кластерами кремния Si16, атомами лития и натрия является энергетически выгодным процессом, о чем свидетельствуют отрицательные значения величины энергии формирования композита; 3) выявлен эффект снижения электрического сопротивления композита в сотни раз при добавлении кластеров кремния Si16; 4) Установлено, что для достижения максимальной удельной ёмкости композитных плёнок необходима массовая доля кремния 13~18%; 5) показано, что кластеры бора B12 в значительной степени увеличивают квантовую ёмкость (до ~2 кФ/г) композитных плёнок с путем внесения дополнительных электронных состояний; 6) разработана оригинальная методика заполнения нанополостей слоистых графеновых композитов