Computational Study of Allotropic Structures of Carbon by Density Functional Theory (DTF)

• Autores: J. M. González, A. Ruden, C. Barbosa, C. Ortega, F. Sequeda
• Localización: Ingeniería y ciencia, ISSN-e 1794-9165, Vol. 10, Nº. 19, 2014, págs. 145-162
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Estudio computacional de las estructuras alotrópicas del carbono utilizando Teoría de Funcionales de Densidad (DFT)
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• Resumen
  • español

    En este artículo se simularon las principales estructuras alotrópicas del carbón (diamante, grafito, nanotubos y fulereno C60), utilizando la Teoría de Funcionales de Densidad (DFT). Para el diamante los resultados mostraron la formación de enlaces tipo sp3 y baja reactividad química, indicando baja probabilidad de formar otros compuestos y altas propiedades mecánicas. En la estructura del grafito se observó evidente debilidad interplanar, la cual está relacionada con los procesos de lubricación sólida.

    Se observaron enlaces metálicos carbón-carbón y polarizaciones en las esquinas de la estructura del nanotubo tipo armchair, estabilizando la estructura y permitiendo el crecimiento del nanotubo. En la estructura del fulereno C60 se confirmó el comportamiento nano jaula de Faraday, junto con baja probabilidad de polarización interatómica, indicando alta estabilidad estructural. Además, se utilizaron los valores de la energía total (TE) y la energía de repulsión nuclear (NRE) para realizar comparaciones energéticas entre diferentes estructuras, lo que permitió el estudio de la estabilidad electrónica y su relación con las propiedades mecánicas.

  • English

    In this paper using Density Functional Theory (DFT), the principal carbon allotropic crystalline structures (Diamond, graphite, nanotube y fullerene- C60) were simulated. The results showsdiamond sp3 bonds formation between carbon atomsand low reactivity, indicating low probability of lateral compound formation and high mechanical properties. Interplanar weakness was evidentin graphite structure, which is related to solid lubrication process.Carbon-Carbon metallic bonds and polarizations at the edges of the structure were observed in Armchair Carbon Nanotube, stabilizing the systemwhich allowsthe nanotube continuous growth. In fullerene C60 structureaFaraday nano-gauge behavior was confirmed, together withlow probability of interatomic polarization, indicating high structural stability.

    Besides Total Energy (TE) and Nuclear Repulsion Energy (NRE) values were used to perform energetic comparisons between different structures, allowing the study of electronic stability and their relationship to mechanical properties.