Моделювання і кількісний аналіз з’єднуваності та провідності у випадкових мережах нанотрубок

Автор(и)

  • Andriy Stelmashchuk Львівський національний університет імені Івана Франка вул. Університетська, 1, м. Львів, Україна, 79000, Україна https://orcid.org/0000-0003-1898-8646
  • Ivan Karbovnyk Львівський національний університет імені Івана Франка вул. Університетська, 1, м. Львів, Україна, 79000, Україна https://orcid.org/0000-0002-3697-4902
  • Halyna Klym Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0001-9927-0649
  • Oleksandr Berezko Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0002-0664-4339
  • Yuriy Kostiv Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0002-1821-6542
  • Roman Lys Львівський національний університет імені Івана Франка вул. Університетська, 1, м. Львів, Україна, 79000, Україна https://orcid.org/0000-0002-2459-4152

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.112037

Ключові слова:

статистичне моделювання, мережа випадкових резисторів, перколяція, тунельна провідність, нанотрубки, нанокомпозити

Анотація

Проаналізовано процеси формування з’єднань між нанотрубками у хаотичних мережах нанотрубок. Розроблено модель провідності системи із врахуванням впливу тунельної і власної провідності нанотрубок. Застосовано модель випадкових резисторів для обчислення загальної провідності мережі. Наведено результати комп’ютерних експериментів щодо моделювання провідності. Показані залежності електричної провідності таких мереж від геометричних параметрів нанотрубок і тунельної провідності між трубками

Біографії авторів

Andriy Stelmashchuk, Львівський національний університет імені Івана Франка вул. Університетська, 1, м. Львів, Україна, 79000

Аспірант

Кафедра радіофізики та комп’ютерних технологій

Ivan Karbovnyk, Львівський національний університет імені Івана Франка вул. Університетська, 1, м. Львів, Україна, 79000

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра радіофізики та комп’ютерних технологій

Halyna Klym, Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра спеціалізованих комп’ютерних систем

Oleksandr Berezko, Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Кандидат технічних наук

Кафедра соціальних комунікацій та інформаційної діяльності

Yuriy Kostiv, Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Кандидат технічних наук

Кафедра безпеки інформаційних технологій

Roman Lys, Львівський національний університет імені Івана Франка вул. Університетська, 1, м. Львів, Україна, 79000

Кандидат фізико-математичних наук

Кафедра сенсорної та напівпровідникової електроніки

Посилання

  1. Davis, W. R., Slawson, R. J., Rigby, G. R. (1953). An Unusual Form of Carbon. Nature, 171 (4356), 756–756. doi: 10.1038/171756a0
  2. Iijima, S. (1991). Helical microtubules of graphitic carbon. Nature, 354 (6348), 56–58. doi: 10.1038/354056a0
  3. Prolongo, S. G., Gude, M. R., Ureña, A. (2009). Synthesis and Characterisation of Epoxy Resins Reinforced with Carbon Nanotubes and Nanofibers. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 9 (10), 6181–6187. doi: 10.1166/jnn.2009.1554
  4. Zhang, Y., Li, H., Liu, P., Peng, Z. (2016). Study on electrical properties and thermal conductivity of carbon nanotube/epoxy resin nanocomposites with different filler aspect ratios. 2016 IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Application (ICHVE). doi: 10.1109/ichve.2016.7800771
  5. Zhou, Y. X., Wu, P. X., Cheng, Z.-Y., Ingram, J., Jeelani, S. (2008). Improvement in electrical, thermal and mechanical properties of epoxy by filling carbon nanotube. Express Polymer Letters, 2 (1), 40–48. doi: 10.3144/expresspolymlett.2008.6
  6. Karbovnyk, I., Olenych, I., Aksimentyeva, O., Klym, H., Dzendzelyuk, O., Olenych, Y., Hrushetska, O. (2016). Effect of Radiation on the Electrical Properties of PEDOT-Based Nanocomposites. Nanoscale Research Letters, 11 (1). doi: 10.1186/s11671-016-1293-0
  7. Zaumseil, J. (2015). Single-walled carbon nanotube networks for flexible and printed electronics. Semiconductor Science and Technology, 30 (7), 074001. doi: 10.1088/0268-1242/30/7/074001
  8. Park, S., Vosguerichian, M., Bao, Z. (2013). A review of fabrication and applications of carbon nanotube film-based flexible electronics. Nanoscale, 5 (5), 1727–1752. doi: 10.1039/c3nr33560g
  9. Mendoza, M. O., Acosta, E. M. V., Prokhorov, E., Barcenas, G. L., Krishnan, S. K. (2016). Percolation Phenomena In Polymer Nanocomposites. Advanced Materials Letters, 7 (5), 353–359. doi: 10.5185/amlett.2016.6091
  10. Stelmashchuk, A., Karbovnyk, I., Bolesta, I. (2012). Percolation in a random network of conducting nanotubes: a computer simulation study. Proceedings of the 11-th International Conference "Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science". Lviv-Slavske, 240.
  11. Karbovnyk, I., Stelmashchuk, A., Bolesta, I., Klym, H. (2013). Percolating array of bent nanotubes studied by computer simulations. Proceedings of the 6-th International Conference "Advanced Computer Systems and Networks: Design and Application" (ACSN-2013). Lviv, 108–109.
  12. Stelmashchuk, A., Karbovnyk, I., Klym, H. (2016). Computer simulations of nanotube networks in dielectric matrix. 2016 13th International Conference on Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science (TCSET). doi: 10.1109/tcset.2016.7452074
  13. Wang, Y., Shan, J. W., Weng, G. J. (2015). Percolation threshold and electrical conductivity of graphene-based nanocomposites with filler agglomeration and interfacial tunneling. Journal of Applied Physics, 118 (6), 065101. doi: 10.1063/1.4928293
  14. Colasanti, S., Bhatt, V. D., Lugli, P. (2014). 3D modeling of CNT networks for sensing applications. 2014 10th Conference on Ph.D. Research in Microelectronics and Electronics (PRIME). doi: 10.1109/prime.2014.6872679
  15. Vakiv, M., Hadzaman, I., Klym, H., Shpotyuk, O., Brunner, M. (2011). Multifunctional thick-film structures based on spinel ceramics for environment sensors. Journal of Physics: Conference Series, 289, 012011. doi: 10.1088/1742-6596/289/1/012011
  16. Klym, H., Hadzaman, I., Ingram, A., Shpotyuk, O. (2014). Multilayer thick-film structures based on spinel ceramics1. Canadian Journal of Physics, 92 (7/8), 822–826. doi: 10.1139/cjp-2013-0597
  17. Klym, H., Hadzaman, I., Shpotyuk, O., Brunner, M. (2014). Integrated thick-film nanostructures based on spinel ceramics. Nanoscale Research Letters, 9 (1), 149. doi: 10.1186/1556-276x-9-149
  18. Shpotyuk, O., Balitska, V., Brunner, M., Hadzaman, I., Klym, H. (2015). Thermally-induced electronic relaxation in structurally-modified Cu0.1Ni0.8Co0.2Mn1.9O4 spinel ceramics. Physica B: Condensed Matter, 459, 116–121. doi: 10.1016/j.physb.2014.11.023
  19. Klym, H., Balitska, V., Shpotyuk, O., Hadzaman, I. (2014). Degradation transformation in spinel-type functional thick-film ceramic materials. Microelectronics Reliability, 54 (12), 2843–2848. doi: 10.1016/j.microrel.2014.07.137
  20. Hadzaman, I., Klym, H., Shpotyuk, O. (2014). Nanostructured oxyspinel multilayers for novel high-efficient conversion and control. International Journal of Nanotechnology, 11 (9/10/11), 843. doi: 10.1504/ijnt.2014.063793
  21. Klym, H., Shpotyuk, O., Ingram, A., Calvez, L., Hadzaman, I., Kostiv, Y. et. al. (2017). Influence of Free Volumes on Functional Properties of Modified Chalcogenide Glasses and Oxide Ceramics. Nanophysics, Nanomaterials, Interface Studies, and Applications, 479–493. doi: 10.1007/978-3-319-56422-7_36
  22. Pal, G., Kumar, S. (2016). Modeling of carbon nanotubes and carbon nanotube–polymer composites. Progress in Aerospace Sciences, 80, 33–58. doi: 10.1016/j.paerosci.2015.12.001
  23. Fakhim, B., Hassani, A., Rashidi, A., Ghodousi, P. (2013). Predicting the Impact of Multiwalled Carbon Nanotubes on the Cement Hydration Products and Durability of Cementitious Matrix Using Artificial Neural Network Modeling Technique. The Scientific World Journal, 2013, 1–8. doi: 10.1155/2013/103713
  24. Gong, S., Zhu, Z. H., Li, J., Meguid, S. A. (2014). Modeling and characterization of carbon nanotube agglomeration effect on electrical conductivity of carbon nanotube polymer composites. Journal of Applied Physics, 116 (19), 194306. doi: 10.1063/1.4902175
  25. Perumal, L., Leng, L. T., Tso, C. P. (2016). Nanoscale Continuum Modelling of Carbon Nanotubes by Polyhedral Finite Elements. Journal of Nanomaterials, 2016, 1–9. doi: 10.1155/2016/6374092
  26. Araújo, F. C., d’Azevedo, E. F., Gray, L. J. (2010). Boundary-element parallel-computing algorithm for the microstructural analysis of general composites. Computers & Structures, 88 (11-12), 773–784. doi: 10.1016/j.compstruc.2010.03.001
  27. Yu, Y., Song, G., Sun, L. (2010). Determinant role of tunneling resistance in electrical conductivity of polymer composites reinforced by well dispersed carbon nanotubes. Journal of Applied Physics, 108 (8), 084319. doi: 10.1063/1.3499628
  28. Bao, W. S., Meguid, S. A., Zhu, Z. H., Weng, G. J. (2012). Tunneling resistance and its effect on the electrical conductivity of carbon nanotube nanocomposites. Journal of Applied Physics, 111 (9), 093726. doi: 10.1063/1.4716010
  29. Hu, N., Masuda, Z., Yan, C., Yamamoto, G., Fukunaga, H., Hashida, T. (2008). The electrical properties of polymer nanocomposites with carbon nanotube fillers. Nanotechnology, 19 (21), 215701. doi: 10.1088/0957-4484/19/21/215701
  30. Büttiker, M., Imry, Y., Landauer, R., Pinhas, S. (1985). Generalized many-channel conductance formula with application to small rings. Physical Review B, 31 (10), 6207–6215. doi: 10.1103/physrevb.31.6207
  31. Tamura, R., Tsukada, M. (1997). Electronic transport in carbon nanotube junctions. Solid State Communications, 101 (8), 601–605. doi: 10.1016/s0038-1098(96)00761-2
  32. Physical properties of carbon nanotubes. Volume 3 [Text] / R. Saito, G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus — London: Imperial College Press, 1998.
  33. Imry, Y., Landauer, R. (1999). Conductance viewed as transmission. Reviews of Modern Physics, 71 (2), S306–S312. doi: 10.1103/revmodphys.71.s306
  34. Buldum, A., Lu, J. P. (2001). Contact resistance between carbon nanotubes. Physical Review B, 63 (16). doi: 10.1103/physrevb.63.161403
  35. Naeemi, A., Meindl, J. D. (2008). Performance Modeling for Carbon Nanotube Interconnects. Carbon Nanotube Electronics, 163–190. doi: 10.1007/978-0-387-69285-2_7
  36. Hertel, T., Walkup, R. E., Avouris, P. (1998). Deformation of carbon nanotubes by surface van der Waals forces. Physical Review B, 58 (20), 13870–13873. doi: 10.1103/physrevb.58.13870
  37. Girifalco, L. A., Hodak, M., Lee, R. S. (2000). Carbon nanotubes, buckyballs, ropes, and a universal graphitic potential. Physical Review B, 62 (19), 13104–13110. doi: 10.1103/physrevb.62.13104
  38. Simmons, J. G. (1963). Generalized Formula for the Electric Tunnel Effect between Similar Electrodes Separated by a Thin Insulating Film. Journal of Applied Physics, 34 (6), 1793–1803. doi: 10.1063/1.1702682
  39. Li, X. S. (2005). An overview of SuperLU. ACM Transactions on Mathematical Software, 31 (3), 302–325. doi: 10.1145/1089014.1089017
  40. Demmel, J. W., Gilbert, J. R., Li, X. S. (1999). SuperLU users guide. Lawrence Berkeley National Laboratory. doi: 10.2172/751785
  41. Demmel, J. W., Eisenstat, S. C., Gilbert, J. R., Li, X. S., Liu, J. W. H. (1999). A Supernodal Approach to Sparse Partial Pivoting. SIAM Journal on Matrix Analysis and Applications, 20 (3), 720–755. doi: 10.1137/s0895479895291765

##submission.downloads##

Опубліковано

2017-10-31

Як цитувати

Stelmashchuk, A., Karbovnyk, I., Klym, H., Berezko, O., Kostiv, Y., & Lys, R. (2017). Моделювання і кількісний аналіз з’єднуваності та провідності у випадкових мережах нанотрубок. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(12 (89), 4–12. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.112037

Номер

Том 5 № 12 (89) (2017): МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2017 Andriy Stelmashchuk, Ivan Karbovnyk, Halyna Klym, Oleksandr Berezko, Yuriy Kostiv, Roman Lys

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.