Strong Fiber from Uniaxial Fullerene Supramolecules Aligned with Carbon Nanotubes
Aerospace Systems Directorate, Air Force Research Laboratory（航空航天系统局，美国空军研究实验室）；National Research Council（国家研究委员会）；Rice University（莱斯大学）；Air Force Research Laboratory, Materials and Manufacturing Directorate（美国空军研究实验室，材料与制造管理局）；UES, Inc.（UES公司）
通过酸挤出法将富勒烯自组装成单轴超分子链并嵌入碳纳米管束间，制备出高强度纤维，为富勒烯导线和碳纳米管导线发展提供平台。
2023-02-20 cond-mat.mtrl-sci
A Concise Review of Recently Synthesized 2D Carbon Allotropes: Amorphous Carbon, Graphynes, Biphenylene and Fullerene Networks
São Paulo State University (UNESP)（圣保罗州立大学）；Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)（坎皮纳斯州立大学）；Federal University of Rio Grande do Norte (UFRN)（北里奥格兰德联邦大学）；University of Brasília (UnB)（巴西利亚大学）；Rice University（莱斯大学）
本文综述了近期实验合成的四类二维碳同素异形体的结构、理论预测与合成方法，梳理了理论与实验的关联及实验忽略理论贡献的情况，提出了待实验验证的理论结构与合成研究方向。
2025-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Growth mechanisms and structure of fullerene-like carbon-based thin films: superelastic materials for tribological applications
在本章中，我们回顾了我们的研究结果与富勒烯（FL）微结构的碳基薄膜固体的键合结构和生长机制。所谓的FL排列是由类石墨结构中基面的弯曲和交联引起的，部分类似于分子富勒烯。这种三维超结构利用了sp2杂化材料中平面π键的强度，并赋予材料有趣的机械性能，如高硬度，高弹性恢复，低摩擦和耐磨性。这些性能可以通过控制FL排列的曲率、尺寸和连接性来定制，使这些材料成为摩擦学应用的有前途的涂层。我们的兴趣主要集中在氮化碳（CNx），因为氮促进形成FL安排在低衬底温度下，他们出现在纯碳涂层的摩擦学应用，如在磁性硬盘的保护涂层。我们解决的结构问题，如起源的平面曲率，性质的交联网站和sp2集群，连同生长机制的基础上的成膜前体的作用，化学再溅射或并发离子辅助生长过程中。
2007-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Fullerenes and proto-fullerenes in interstellar carbon dust
在各种条件下制备的氢化无定形碳（HAC）颗粒的实验室光谱显示了与C60分子发射相关的7.05、8.5、17.4和18.9 μm（1418、1176、575和529 cm-1）处的光谱特征。这些谱线出现在光谱中，即使C60分子本身不存在于我们的样品中。似乎HAC中的这四条谱线可以与随后反应产生C60的前体分子或“原富勒烯”相关联。我们建立了一个追踪HAC尘埃演化和脱氢的模型，并表明在天文光谱中观察到16.4 μm（610 cm-1）处的发射特征表明存在形成富勒烯所需的五边形碳环。我们认为，先前在许多物体中发现的C60的四条红外发射线也显示出16.4 μm的特征，其他多环芳烃谱带来自原富勒烯，而不是C60。Tc 1是其中脱氢已经进行到仅存在富勒烯的点的源的实例。
2011-12-16 astro-ph.GA cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity reduction in carbon nanotube by fullerene encapsulation: A molecular dynamics study
单壁碳纳米管（SWCNT）在其原始形式下具有高导热性，其进一步的改进引起了很多兴趣。一些理论研究表明，C $_{60}$富勒烯包封显著增强了$(10,10)$ SWCNT的热导率。然而，最近对单壁碳纳米管束的实验表明，富勒烯封装导致热导率的降低而不是增加。在这里，我们采用三种不同的分子动力学方法来研究的影响，C $_{60}$封装在$(10,10)$单壁碳纳米管的热传输。所有三种方法一致地预测$(10,10)$ SWCNT的热导率在通过$20\%-30\%$封装C $_{60}$后降低，与SWCNT束的实验结果一致。我们证明，有一个模拟工件中的Green-Kubo方法，它给出了巨大的人工对流的热导率。我们的研究结果表明，C $_{60}$分子进行很少的热量相比，外部单壁碳纳米管和减少声子平均自由程的单壁碳纳米管诱导额外的声子散射。我们还发现，一个$(10,10)$单壁碳纳米管的热导率单调下降，增加填充率的C $_{60}$分子。
2020-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Recent advances in the internal functionalization of carbon nanotubes: synthesis, optical, and magnetic resonance studies
单壁碳纳米管（SWCNT）内部的中空为研究这种受限环境中的化学反应和研究管特性提供了独特的自由度。本文综述了如何将富勒烯、磁性富勒烯、富含$^{13}$ C同位素的富勒烯和有机溶剂封装在单壁碳纳米管中，使人们能够对它们的电子、光学和界面性质产生前所未有的了解，并研究它们的生长。通过高温退火将包封的C $_{60}$富勒烯转化为内管。内管独特的低缺陷浓度使其成为研究直径相关处理（如打开和关闭管）效果的理想选择。从富含$^{13}$ C的包封有机溶剂中实现了内管的生长，这表明富勒烯并不具有突出的作用，这为探索管内化学开辟了新的视角。磁性富勒烯，如N@C $_{60}$和C $_{59}$ N的封装是使用ESR证明。从富含$^{13}$ C的富勒烯生长内管提供了独特的同位素工程异源系统，其中外管含有天然碳，并且内壁可控地富含$^{13}$ C同位素。该材料能够识别内管的振动模式，否则内管的振动模式与外管模式强烈重叠。该材料的$^{13}$ C NMR信号对于小直径SWCNT是特异性的。温度和场相关的$^{13}$ C $T_1$的研究表明，一个统一的金属类电子状态的所有内管和一个低能量，3 meV的差距被观察到，被分配到一个长期寻求Peierls过渡。
2007-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Probing the Interior Environment of Carbon Nano-test-tubes
我们报告的填充单壁碳纳米管与电子自旋活性富勒烯物种的氮氧自由基功能化的富勒烯笼。高分辨率透射电子显微镜（HRTEM），光学吸收和电子自旋共振（ESR）被用来确定封装的分子的旋转行为，并确定纳米管内部的极性性质。
2008-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Carbon Nanotube Peapods Under High-Strain Rate Conditions: A Molecular Dynamics Investigation
碳基材料的新形式受到了极大的关注，开发的材料在纳米技术中有许多应用。有趣的新型碳结构包括碳豆荚，其由碳纳米管封装的富勒烯组成。豆荚状纳米结构已被成功合成，并已被用于光调制器件，晶体管，太阳能电池和其他设备。然而，这些结构的机械性能并没有完全阐明。在这项工作中，我们调查，使用全原子分子动力学模拟，碳peapods在高应变率条件下，这是通过拍摄peapods在超声速度对刚性基板的变形。我们的研究结果表明，碳peapods经历大的变形在冲击，并经历多个断裂途径，主要取决于peapod和基板之间的相对取向，和冲击速度。观察到的结果包括富勒烯弹射，碳纳米管断裂，富勒烯，和纳米管聚结，以及形成无定形碳结构。
2020-01-21 cond-mat.mtrl-sci
A resistive electron irradiation microsensor made from conductive electrospun polycaprolactone fibers loaded with carbon nanotubes and fullerene C60
本研究利用负载碳纳米管和C60的静电纺丝聚己内酯纤维制成电子辐照微传感器，其电导率随电子束辐照永久增加，最大电导率依赖加速电压，可用于β辐射探测。
2024-03-14 cond-mat.mtrl-sci
New nanostructures of carbon: Quasifullerenes Cn-q (n=20,42,48,60)
基于碳的第三种同素异形体（富勒烯），通过理论研究已经预测了被描述为非经典富勒烯的结构。我们在B3 LYP水平上用密度泛函理论研究了首次预测的具有封闭笼状构型的新型同素异形碳结构。这样的碳Cn-q结构（其中，n=20、42、48和60）结合了杂化sp1和sp2的状态，用于形成键。准富勒烯相对于其异构体的更大的稳定性进行了比较分析。通过构建系统的不同环的芳香性标准来评估化学稳定性。结果表明，碳纳米结构具有有趣的化学性质，如硬度，化学势和HOMO-LUMO间隙的新的异构性。利用拉格朗日分子动力学方法和原子中心密度传播（Atom-CenterDensityPropagation，简称A）方法对热稳定性进行了研究.
2017-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Carbon superatom thin films
在表面组装团簇已经成为一种新的方法来生长具有目标特性的薄膜。特别地，从实验发现中已经提出，沉积在表面上的富勒烯可以产生保留入射团簇的键合性质的薄膜。然而，这种薄膜的微观结构仍然不清楚。通过量子分子动力学模拟，我们发现C_28富勒烯可以沉积在表面上形成一层几乎无缺陷的分子薄膜，这些分子充当碳超原子。我们的研究结果有助于澄清无序小富勒烯薄膜的结构，也支持最近提出的固体C_28的超金刚石模型。
1996-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Hexagonal boron-carbon fullerene heterostructures; Stable two-dimensional semiconductors with remarkable stiffness, low thermal conductivity and flat bands
本文基于B40和C36富勒烯，通过密度泛函理论首次预测了热力学和动力学稳定的六方硼-碳富勒烯二维异质结构，发现其具有半导体特性、拓扑平带、低热导率（4-10 W/mK）及优异的各向异性力学性能，为开发新型富勒烯基二维异质结构提供了可能。
2023-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bucky-Corn: Van der Waals Composite of Carbon Nanotube Coated by Fullerenes
单壁碳纳米管（SWCNT）表面能否覆盖一层C60，形成一个只有VdW相互作用的外配体纯碳杂化体？本文解决了这个问题，并证明了富勒烯壳层在这样的巴克玉米结构可以是稳定的。本文对单壁碳纳米管上的C60和C70分子、单壁碳纳米管上的C60二聚体以及单壁碳纳米管束上的C60分子的结构、稳定性和电子性质进行了理论研究。用分子动力学方法计算了巴基玉米的几何构型和总能量，用密度泛函理论方法模拟了电子能带结构.
2015-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An electrospun Polymer Composite with Fullerene-Multiwalled Carbon Nanotube Exohedral Complexes can act as Memory Device
在这项工作中，一种新型的静电纺丝导电聚合物纳米复合材料制成的聚己内酯与外消旋复合物制成的多壁碳纳米管和富勒烯C60的制备和表征。制备是简单的，复合物自组装内的纳米复合纤维。该纳米复合材料表现出电开关行为，由于电荷积累的富勒烯C60在电刺激。采用静电纺丝法制备了一次写入多次读取的存储器件。富勒烯C60到叉指共面电极上。该器件保持ON状态超过60天，并且可以通过随后的电和热循环进行热重置、重新编程和擦除。此外，该器件的电阻可以通过施加不同的编程电压幅度和编程时间来调制，这揭示了其自适应行为和潜在的神经形态系统的应用。
2020-01-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Leaving the Fullerene Road: Presence and Stability of sp Chains in sp2 Carbon Clusters and Cluster-Assembled Solids
本文报道了用脉冲微等离子体源在超音速膨胀中产生的大碳团簇的生长和结构的实验和理论研究。团簇生长过程中没有明显的热退火会导致无序结构的形成，其中对于大于约90个原子的颗粒，sp2和sp杂化共存。在不同的结构中，我们认识到包裹sp链的sp2封闭网络。这种“坚果壳”的配置可以防止分裂的sp物种沉积后的集群，从而允许形成纳米结构的膜含有carbynoid物种，如拉曼光谱所示。原子模拟证实，所观察到的拉曼光谱的SP/SP2杂化特性的孤立的集群和生存在膜中的签名，并提供有关的SP链的结构的信息。在sp2笼中的内嵌sp链代表了一种新的方式，其中碳纳米结构可能具有潜在的有趣的功能特性。
2005-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Contrasting behavior of covalent and molecular carbon allotropes exposed to extreme ultraviolet and soft x-ray free-electron laser radiation
所有碳材料，例如，非晶碳（a-C）薄膜和C_（60）富勒烯薄膜在短波长自由电子激光（自由电子激光）光学发展和纳米技术应用的推动下的研究中发挥着重要作用。用拉曼光谱、微分干涉衬度和原子力显微镜研究了a-C和C_（60）层对极紫外（日本SPring-8 Compact SASE光源）和软X射线（汉堡自由电子激光）自由电子激光辐射的响应。在这些辐照条件下，共价（a-C）和分子（C60）碳质固体的行为表现出显着的差异。富勒烯晶体烧蚀的低阈值（就吸收剂量而言，估计C60约为0.15 eV/原子，a-C约为0.9 eV/原子）是由富勒烯晶体的低内聚能引起的。一个有效的机制去除完整的C60分子从辐照晶体由于库仑排斥的富勒烯笼阳离子自由基形成的电离辐射的详细建模揭示。
2017-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Modelling spin qubits in carbon peapods
我们计算了Sc@C82内嵌富勒烯链中的电子自旋相互作用，并将其插入半导体或金属单壁碳纳米管中形成豆荚。使用混合密度泛函理论（DFT），我们发现，自旋主要驻留在富勒烯笼，无论富勒烯是在纳米管。自旋相互作用随富勒烯分离指数衰减，系统可以用简单的反铁磁海森堡自旋链描述。广义Hubbard-Anderson模型给出的交换参数J和库仑参数U与DFT值吻合得很好。在计算的准确性范围内，半导体或金属纳米管都不会影响富勒烯电子自旋之间的相互作用。
2007-10-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
C60-Based Composites in view of Topochemical Reactions. II. C60 + Carbon Nanobuds
本文介绍了富勒烯C60和单壁碳纳米管（[C60-（4，4）]碳纳米芽）形成的复合材料的研究的第二部分。复合材料的形成被认为是从有关的富勒烯分子和碳纳米管的原子化学反应性的基本点。控制复合材料形成的势垒是根据耦合能来确定的，并扩展到两个贡献，即复合材料组分的变形总能量和共价耦合能量。计算采用非限制性对称破缺Hartree-Fock方法的AM 1半经验版本。
2011-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Fulleryne, a new member of the carbon cages family
本研究基于密度泛函理论，提出了一类新的含sp杂化三键的类富勒烯。根据IUPAC的说法，我们应该称这些新的纳米结构为富勒烯。我们提出了四个样品的化学式C4 nHn，和结构衍生自富勒烯。我们将这些结构的结构和电子性质与两种常见的富勒烯和富勒烯系统进行了比较。计算得到的富勒烯样品的电子亲合势为负值，比富勒烯小得多，因此它们的化学性质应该比富勒烯更稳定。虽然富勒烷也比富勒炔具有更高的化学稳定性，但富勒烷的五边形或六边形结构不能使离子和分子通过。富勒烯的应用可以包括在纳米级离子和气体的存储中。另一方面，它们也可以用作锂离子电池中的阴极/阳极电极。
2020-03-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Structural, electronic, thermal and mechanical properties of C60-based fullerene two-dimensional networks explored by first-principles and machine learning
本研究结合第一性原理计算与机器学习原子间势，预测并系统评估了新型C60富勒烯低维及多孔网络的稳定性、电子性质、热导率、热膨胀与力学性能。
2023-07-12 cond-mat.mtrl-sci
The energy landscape of fullerene materials: a comparison between boron, boron-nitride and carbon
采用密度泛函势能面上的最小跳跃全局几何优化方法，研究了中等尺寸和大尺寸硼团簇。即使对于孤立的中等大小的团簇的基态是一个笼状结构，他们是不稳定的外部扰动，如与其他团簇的接触。较大的硼团簇的能量景观是玻璃状的，并且具有大量的能量低于笼的结构。这与碳和氮化硼系统形成对比，碳和氮化硼系统在我们的最小跳跃运行中可以被清楚地识别为结构寻求者。势能景观的差异解释了为什么碳和氮化硼系统在自然界中被发现，而纯硼富勒烯还没有被发现。
2011-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Shapes and energies of icosahedral fullerenes: Onset of ridge sharpening transition
在原子级上详细研究了二十面体富勒烯的结构和能量。基于有效二元碳-碳势的数值结果与向错晶体膜弹性理论有关。根据富勒烯的大小，三个制度是明确确定的，他们每个人的特点是不同的几何性质的富勒烯形状。对于非常大的富勒烯（超过约500000个原子），富勒烯的形状过渡到其渐近极限检测，与以前的预测的基础上通用的弹性描述的二十面体壳。与富勒烯表面上的离域电子有关的量子效应进行了讨论，并介绍了一个简单的模型来研究这种效应表明，即使在更一般的情况下，过渡生存。
2006-09-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electron energy loss in carbon nanostructures
富勒烯和碳纳米管的响应是通过每个碳原子的原子极化率来研究的。每个碳原子的极化产生一个诱导偶极子，它是与给定外场相互作用加上碳原子之间相互作用的结果。在调用克劳修斯-莫索蒂关系之后，从石墨的介电函数获得极化率。这种形式主义适用于电子能量损失谱的模拟在富勒烯和碳纳米管。被认为是广泛的电子束的情况下，详细分析的损失概率作为一个功能的电子偏转角内的电子完全量子力学的描述。在1 keV和60 keV之间的探测能量的宽范围内获得与现有实验的一般良好的协议。
2002-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Porous carbon nitride fullerenes: a novel family of porous cage molecules
本文提出并利用密度泛函理论与分子动力学模拟研究了一类新型多孔氮化碳富勒烯笼状分子的结构、电子性质及热稳定性，并探讨了其自下而上合成的前驱体。
2024-10-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Modulation of thermal conductivity in single-walled carbon nanotubes by fullerene encapsulation: enhancement or reduction?
富勒烯包覆是提高单壁碳纳米管力学和电学性能的有效途径。然而，一些分歧出现在最近的研究富勒烯封装对单壁碳纳米管的热导率的影响。更具体地，大多数先前的理论工作预测导热率略微增强，但是Kodama等人的最近实验（Nat.Mat. 16，892（2017））观察到通过富勒烯封装，SWCNT中的热导率明显降低。我们进行分子动力学模拟来重新审视这个问题，通过比较研究单壁碳纳米管（n，n）和相应的peapod（n，n），n = 8，9，10，11的热导率。我们发现，富勒烯封装可以降低较窄的单壁碳纳米管（n = 8和9）的热导率，但它可以稍微提高较厚的单壁碳纳米管（n = 10和11）的热导率。这些相反的效果的潜在机制进行了探讨，通过分析封装引起的结构变形和单壁碳纳米管的声子色散的变化。我们说明，在最近的实验中观察到的减少效果是有关的机制，减少较窄的单壁碳纳米管的热导率在这里，而以前的数值工作对应于本工作中发现的较厚的单壁碳纳米管的增强效果。我们的研究结果阐明了以前的数值预测和实验观察的富勒烯封装的单壁碳纳米管的热导率的影响之间的差异。
2018-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Fullerene Yield in Plasma-Aerosol Reactor at Cryogenic Boundary Temperature
我们证明了显着提高产量的C60富勒烯在气溶胶放电室由于一个强大的空间温度梯度的额外存在。温度梯度的作用，在C60和富勒烯样结构的产量增加进行了讨论。该反应不是完全可逆的，并且碳烟灰物质以碳气溶胶颗粒的形式作为次级产物形成。C60浓度的增加很容易从特征紫外光谱中识别出来。本文的研究结果对富勒烯合成技术的改进和新型气溶胶-等离子体反应器的研制具有一定的指导意义。
2011-05-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.plasm-ph
High voltage carbon-based cathodes for non-aqueous aluminium-ion batteries
对四种不同形式的炭：人发活性炭（AC）、大麻纤维活性炭、C $_{60}$和C $_{70}$富勒烯（CFEx）组成的碳富勒烯提取物和Super-P炭黑作为非水铝离子电池（AIB）的阴极进行了测试和比较。这些材料的一般结构、孔隙率和形态不同。富勒烯显示出晶体结构，而大麻纤维、Super-P和头发本质上是无定形的。在所有材料中，从毛发获得的AC在103 mAh g $^{-1}$下在50次循环后记录了最高的比容量，在50 mA g $\sim$的电流率下具有90%的库仑效率。大麻纤维和Super-P分别在56 mAh g $^{-1}$和84 mAh g $^{-1}$下实现了它们的最高比容量。CFEx的最高容量为78 mAh g $^{-1}$，并保持了50个循环。将电池分别充电和放电至2.45V和0.2V。
2020-06-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Endohedal fullerenes C60 and C82 with silver
用从头算自洽场Hartree-Fock方法计算了含银原子和双原子银的富勒烯C60和C82模型。Ag@C60是一个具有正结合能的束缚体系，而Ag2@C60则由于强的几何应变而不具有正结合能。在低能模型中，银原子位于离笼中心一定距离的位置，这种结构降低了对称性。具有C82笼的内部结构可以与单原子银和双原子银一起存在。所有结构中的电子电荷转移都发生在从碳笼到银。
2004-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Acoustic and thermal transport properties of hard carbon formed from C60 fullerene
我们报告的扩展调查的热输运和声学性质的硬碳样品通过加压C60富勒烯。通过不同的技术对相同的样品进行的结构调查表明，在不同的尺度上，一个非常不均匀的结构，基于分形状的无定形簇的微米至亚毫米级，这作为强的声学散射体，和稀缺的微晶的纳米级。超声波实验表明，随着频率的衰减迅速增加，相应的振动的本地化长度的减少。这些数据提供了证据的交叉从扩展声子激发本地化分形子激发。热导率随温度单调增加，在0.1 ~ 10 K温度范围内遵循幂律T^（1.4），没有明确的平台，在20 ~ 300 K温度范围内严格呈线性变化。后者必须与4和100 K之间的声速的线性T降低有关，这两个线性区域都是无序或一般非周期性结构的特征，这可以通过为分形和非晶结构开发的“声子-分形跳跃”模型来分析。
2002-10-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Templated direct growth of ultra-thin double-walled carbon nanotubes
双壁碳纳米管（DWCNTs）结合了多壁碳纳米管（MW-）和单壁碳纳米管（SW-）的优点，可以通过将前驱体（如富勒烯、二茂铁）转化为以单壁碳纳米管（SWCNTs）为模板的薄的内碳纳米管来获得。然而，这种方法是有限的，因为DWCNT产率受到填充效率（取决于填充分子的类型）、打开和切割SWCNT以及主体SWCNT的直径的强烈影响。因此，它不能应用于所有类型的SWCNT模板。在这里，我们展示了一种通用的路线，通过使单壁碳纳米管在高温下在真空中稳定合成超薄DWCNTs。该方法适用于不同类型的单壁碳纳米管，包括金属性分选的单壁碳纳米管，而不使用任何前体，因为碳源来自重建的单壁碳纳米管和残余碳。所得的DWCNTs具有高质量，且内管的产率与由二茂铁/富勒烯豆荚转化制备的DWCNTs相当或更高。
2019-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Ni-assisted transformation of graphene flakes to fullerenes
采用分子动力学模拟研究了镍团簇辅助下石墨烯片向富勒烯的转化。建立了Ni-C体系的键级势。潜在的再现纯镍的物理性质，以及在Ni表面和Ni块体上的碳物种的相对能量的实验和第一原理数据。该势被应用于由50 - 400个原子组成的石墨烯薄片的转变的分子动力学模拟，其中附接有和没有Ni簇。观察到在由5 - 80个原子组成的Ni团簇存在下形成游离富勒烯、具有从外部附着的Ni团簇的富勒烯和包封Ni团簇的富勒烯（Ni内富勒烯）。此外，一种新型的杂富勒烯与补丁的Ni簇被发现形成的过渡结构在转变过程中。显示Ni簇将石墨烯-富勒烯转化的活化能从4.0eV降低到1.5 - 1.9eV，提供了可以实验观察到这种转化的最低温度从游离石墨烯薄片的约1400 K降低到约700 - 800 K。虽然发现游离石墨烯薄片的转化是通过在薄片边缘形成双配位碳原子链而发生的，但Ni辅助的石墨烯-富勒烯转化的机制被揭示为基于碳原子从石墨烯薄片转移到Ni簇并返回。提出了控制合成内包过渡金属簇和杂包过渡金属簇的方法。
2012-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energies of sp2 carbon shapes with pentagonal disclinations and elasticity theory
使用碳-碳键的微观描述对某一类富勒烯分子（细长、收缩和规则二十面体富勒烯）的能量进行了数值计算。它示出了如何使用弹性理论，描述弯曲的石墨烯平面可以解释和理解这些结果。通过应用相同的一般原理构造的各种各样的结构进行了详细的研究，并推导出这种结构的能量的解析表达式。数值计算结果与弹性理论的一个简单实现的预测比较证实了后者的方法的有用性。
2006-06-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
What is the ground-state structure of intermediate-sized carbon clusters?
碳团簇各种纳米结构相对结构稳定性的综合研究（包括富勒烯、笼、洋葱、二十面体簇、巴基金刚石簇，球形块状终止簇，和具有刻面终止的团簇）在d < 5 nm范围内的半经验方法进行了研究（SCED-LCAO）哈密顿量。结果发现，在这些具有相同直径的纳米结构中，富勒烯仍然是最稳定的结构，相比之下，二十面体簇是其他四价簇的一系列离散n值的基态结构。利用基于SCED LCAO哈密顿量的有限温度分子动力学方法，观察到了从巴基金刚石结构到洋葱结构、笼结构、洋葱结构到笼结构的转变.还发现富勒烯的HOMO-LUMO能隙的尺寸依赖性显示出作为其直径（d）的函数的振荡。这种振荡与富勒烯的对称性有关，并且振荡的幅度似乎随着其尺寸的增加而减小。
2008-07-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electron-phonon interaction in the solid form of the smallest fullerene C$_{20}$
从第一性原理计算了理论上设计的碳相的电子-声子耦合，该碳相是通过组装最小的富勒烯C $_{20}$制成的。该结构由{ \it fcc}晶格中的C $_{20}$笼组成，该笼通过间隙四面体位点中的两个桥接碳原子互连（{ \it fcc}-C $_{22}$）。这种晶体是绝缘的，但可以通过掺杂间隙碱原子而变成金属的。在化合物NaC $_{22}$中，计算的耦合常数$λ/N(0)$为0.28 eV，该值比C $_{60}$中的大得多，正如从C $_{20}$的较大曲率所预期的那样。在McMillan公式的基础上，计算出$λ$ =1.12，a $μ^*$在0.3-0.1范围内，T $_c$在15-55 K范围内。
2002-03-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Stabilized-jellium description of neutral and multiply charged fullerenes
中性和多电荷的富勒烯的描述提出了基于稳定的jelterm（无结构赝势）近似的离子背景和局部密度近似的σ和π价电子。本文用壳层修正法计算了中性和多电荷阴、阳离子富勒烯的总能量和性质。二十面体对称性的影响包括微扰。计算得到的单粒子能级谱与实验测量值和已有的自洽局域密度近似计算结果符合较好。对于多电荷富勒烯，我们计算微观充电能量高达12个过剩电荷。一个半经典的解释这些结果的开发，它认为富勒烯库仑岛拥有一个经典的电容。第一电离势和第一电子亲合势的计算值与实验值符合得很好。我们的计算支持的结果，从电荷转移包围实验和直接电离实验通过电子碰撞。双电荷负离子被发现是一个非常长的寿命亚稳态物种，在协议的观察。
2009-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci nucl-th
Polymer-Fullerene Bulk Heterojunction Solar Cells
有机太阳能电池是一种低成本、高效率的太阳能转换器，具有良好的能量平衡性。它们由碳基半导体制成，具有良好的光吸收和电荷产生特性，并且可以通过低温工艺制造，例如使用溶剂型油墨印刷，这些油墨与柔性塑料基板甚至纸张兼容。在这篇综述中，我们将概述有机太阳能电池的物理功能，其最先进的性能和局限性，以及实现更好的材料稳定性和更高的功率转换效率的新概念。我们亦会因应市场的潜力，简要检讨有关工序及成本。
2010-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics study of the fragmentation of silicon doped fullerenes
采用非正交基组的紧束缚分子动力学模拟方法研究了碳富勒烯中硅原子的掺杂对碳富勒烯裂解的影响。替代和吸附的情况下被认为是。在每种情况下，从平衡构型开始模拟碎裂过程，并对原子施加高的初始温度。动能迅速转化为势能，因此系统振荡了几皮秒，最终解体。取代富勒烯最可能的第一个事件是C2分子的喷射，另一个非常常见的事件是一个Si原子进入吸附位置。吸附的硅团簇倾向于解吸作为一个整体时，他们有四个或更多的原子，而较小的倾向于解离，有时交换位置与C原子。这些结果进行了比较与实验信息从质量丰度谱和产品的光致碎裂。
2002-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Depolarisation of spherical-membrane quantum well: Gap renormalisation for closed-shell fullerenes
最近发现了一个反常的大能级位移，以校正闭壳层碳纳米团簇的单电子光谱，例如，在薄量子阱卷成球形的模型内描述的光谱。由于与电场的受限模式的零点振荡的相互作用，单电子能级升高。退极化取决于电子动量，这就是为什么它不会使转动光谱整体移动。令人惊讶的是，任意大小的球形闭壳层团簇中的位移都是由一个普适定律描述的。能级的非等距移动导致单电子能隙增加1.4倍。
2000-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Ionization and electron excitation of fullerene molecules in a carbon nanotube. A variable temperature/voltage transmission electron microscopic study
透射电子显微镜在化学领域的应用越来越受到人们的关注，但它经常受到辐射损伤的困扰。有机物质的损害主要通过电离（辐解）发生。尽管辐解非常重要，但以前对辐解的研究主要是描述性和定性的，缺乏产物结构、电子能量的影响和反应动力学等基本信息。我们需要一个化学定义明确的系统来获得这样的数据，并选择了一个模型作为一个可变的温度和可变电压（VT/VV）的研究二聚的范德华二聚体[60]富勒烯（C60）C120在碳纳米管（CNT）作为研究在原子分辨率的个别反应事件。我们在这里报告的五个反应途径，作为辐射损伤的机械模型的识别。其中两个发生通过样品电离产生的样品的自由基阳离子，和三个涉及单重态或三重态激发态的样品，如由CNT的电子激发，然后由能量转移到样品。通过指前因子和Arrhenius活化能来区分这些途径。原型反应路径是我们在<200 K时看到的自由基阳离子反应，但在>350 K时，激发态反应占主导地位。结果表明，VT/VV动力学分析在辐射损伤研究中的重要性，并指出化学电离和电子激发是辐射损伤不可分割的两种不同的机制，而迄今为止，这两种机制都被松散地归为单一的“电离”。"
2022-01-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Dynamic friction force in a carbon peapod oscillator
我们研究了新一代的富勒烯纳米振荡器：一个单壁碳纳米管，里面有一个巴基球，工作频率在几十千兆赫范围内。通过分子动力学模拟对豆荚对中的能量耗散通道进行了定量表征。边缘效应是碳-豌豆振子动摩擦的主要原因。对能量耗散的比较研究也揭示了温度和脉冲速度对摩擦力的显著影响。
2006-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-induced magnetic fullerene
University of Cambridge（剑桥大学）；Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo（东京大学固体物理研究所）；Peterhouse, University of Cambridge（剑桥大学彼特豪斯学院）
本文提出通过调控分子或晶格对称性，在原本非磁性的纯碳富勒烯单层中诱导出高度可调的磁性，并基于群论分析和C60体系验证了设计原则与实验可行性。
2026-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Resonant hot charge-transfer excitations in fullerene-porphyrin complexes: a many-body Bethe-Salpeter study
我们在多体格林函数GW和Bethe-Salpeter方法中研究了四苯基锌卟啉和C70富勒烯给体-受体复合物的中性单重态激发。最低的跃迁是供体和受体之间的电荷转移激发，其能量与最近的约束密度泛函理论计算非常一致。除了最低的电荷转移状态，其中的能量可以确定与简单的静电模型，我们验证，Bethe-Salpeter方法提供了完整的激发光谱。我们的证据存在的热电子空穴状态，这是共振的能量与最低的供体分子内激发，并显示出混合分子内和电荷转移的字符，有利于向电荷分离的过渡。这些研究结果支持最近提出的方案，通过离域热电荷转移态在供体-受体界面的电荷分离。
2013-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Nano tracks in fullerene film by dense electronic excitations
本文利用高分辨透射电子显微镜（HRTEM）研究了团簇离子和单原子离子束在富勒烯（C60）薄膜中形成纳米径迹的过程。用30 MeV的C60团簇束和120 MeV的Au单原子束分别以垂直和掠射角对碳膜栅进行辐照。研究表明，团簇束产生的潜径迹平均直径约为20 nm。与单原子束相比，通过团簇束形成大尺寸纳米轨道归因于大的电子能量密度的沉积。
2014-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermal stability and spin-lattice relaxation rate of N@C60 inside carbon nanotubes
我们利用电子自旋共振光谱研究了单壁碳纳米管中内嵌富勒烯分子N@C60的温度稳定性。我们发现，与其原始的结晶形式相比，氮在封装材料中在更高的温度下逸出。温度依赖的自旋晶格弛豫时间，T_1，封装的分子是显着短于晶体材料，这是由氮自旋与纳米管的传导电子的相互作用解释。
2008-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Carbon nanomaterials for electronics, optoelectronics, photovoltaics, and sensing
在过去的三十年里，零维、一维和二维碳纳米材料（即，富勒烯、碳纳米管和石墨烯）由于其独特的电子、光学、热、机械和化学性质而引起了科学界的极大关注。虽然早期的工作表明，这些特性可以在选定的应用中实现高性能，但围绕结构不均匀性和不精确组装的问题阻碍了碳纳米材料在广泛技术中的稳健和可靠实施。然而，随着合成、分选和组装技术的最新进展，碳纳米材料作为众多可扩展技术的基础正在重新受到关注。在这里，我们对电子，光电，光伏和传感设备中的碳纳米材料进行了广泛的综述，特别关注基于最高纯度样品的最新示例。特别注意的是致力于每一类碳纳米材料，从而允许富勒烯，碳纳米管和石墨烯的适用性为每个应用领域的比较分析。通过这种方式，本文将为未来的应用程序开发人员提供指导，并阐明该领域面临的剩余研究挑战。
2014-02-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Semiclassical approach to the description of the basic properties of nanoobjects
本文是一个审查的结果，在纳米物理学的半经典方法的框架内获得的。基于静电学和费米模型的半经典描述，计算了富勒烯分子和碳纳米管的电子壳层的尺寸。这种简化的方法在某些情况下会产生令人惊讶的准确结果。半经典的方法提供了相当好的描述的尺寸的电子壳层的富勒烯分子。考虑了富勒烯分子中的两种偶极振荡，并计算了它们的频率。对碳纳米管也进行了类似的计算。这些结果看起来相当合理。考虑了碳纳米管中的三种偶极振荡，并计算了它们的频率。计算了碳豆荚中离域电子的纵向集体振荡频率。金属团簇被模拟为球形。结果表明，金属团簇是稳定的，并计算了其体积模量和电子层相对于离子的偶极振荡频率。
2008-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Formation of nickel-carbon heterofullerenes under electron irradiation
提出了一种通过在电子辐照下将石墨烯薄片与附着的过渡金属簇转化来制备新的金属-碳纳米物体的方法。通过分子动力学模拟研究了镍团簇与石墨烯片的转化过程。镍碳势参数（I. V. Lebedeva et al.J.Phys.Chem.C，2012，116，6572）进行了修改，以改进对该过程中富勒烯弹性能和石墨烯边缘能之间的平衡的描述。发现形成的金属-碳纳米物体的范围从具有金属贴片的杂富勒烯到由通过化学键连接的封闭富勒烯和金属簇组成的颗粒。局域结构分析揭示了原子尺度的相变机制。在高分辨透射电子显微镜（HRTEM）的实验条件下，估计了纳米粒子的平均形成时间和在电子辐照下的寿命。还模拟了高分辨透射电镜观察过程中纳米结构随时间演化的图像序列。此外，批量生产研究的金属-碳纳米物体和固体的基础上，这些纳米物体的可能性进行了讨论。
2018-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interatomic interaction at the aluminum-fullerene $\mathrm{C}_{60}$ interface
本研究构建铝-富勒烯$\rm C_{60}$界面原子间相互作用模型，结合密度泛函理论与分子动力学模拟，验证脱附行为与实验一致，揭示毛细效应与凝聚特性。
2021-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fully analytic implementation of density functional theory for efficient calculations on large molecules
碳和其他无机材料的类富勒烯笼和纳米管由于其可能的技术应用而目前正处于紧张的研究中。这些材料的第一原理模拟由于大量的原子而在计算上具有挑战性。我们最近开发了一种快速，变分和完全解析的密度泛函理论（ADFT）为基础的模型，允许研究系统大于那些可以使用现有的密度泛函模型进行研究。使用极化高斯基组（6- 311 G **）和ADFT，我们优化了包含超过2000个原子的碳，氮化硼和氮化铝的大富勒烯，富勒烯状笼和纳米管的几何形状。使用近39000个轨道基函数计算C2160是迄今为止在该理论水平上报道的任何孤立分子的最大计算，并且它包括完整的几何优化。研究了无机笼和其他碳富勒烯的电子结构相关性质。
2006-10-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.chem-ph
Fullerene based devices for molecular electronics
我们研究了碳纳米管引线之间C_60分子的电子性质。这个问题已经解决了量子化学处理内利用密度泛函理论为基础的LCAO方法结合Landauer形式主义。由于低维性，电子输运对界面键的强度和几何形状非常敏感。界面原子和电极之间的分子接触引起复杂的电导依赖于电子能量，表现出分子和电极的光谱特征。这分别归因于C_60分子的电子结构和铅的局域态密度。
2001-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scandium decorated C$_{24}$ fullerene as high capacity reversible hydrogen storage material: Insights from density functional theory simulations
利用第一性原理密度泛函理论模拟，我们观察到钪修饰的C $_{24}$富勒烯可以吸附多达6个氢分子，平均吸附能为-0.35 eV/H $_2$，平均脱附温度为451 K.钪修饰的C $_{24}$富勒烯体系的氢的重量wt %为13.02%，这充分高于美国能源部的要求。电子结构，轨道相互作用，和电荷转移机制的状态，空间电荷密度差图，和Bader电荷分析的密度进行了解释。从钪的3d和4s轨道到C $_{24}$富勒烯的2 p碳轨道的电荷转移总量为1.44 e。氢分子通过Kubas型相互作用与钪修饰的C $_{24}$富勒烯连接。扩散能垒的计算预测，存在一个足够的能量障碍，将防止金属-金属集群。从头算分子动力学模拟证实了在最高脱附温度下结构的坚固性。因此，我们认为钪修饰的C $_{24}$富勒烯体系是一种性能稳定、有前途的可逆高容量储氢器件。
2021-11-04 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
