Введение

Дефект, зависящий от перехода связи в структуре молекулярных материалов Дефект Стоуна Уэльса - это кристаллографический дефект, который включает в себя изменение соединения двух π связанных атомов углерода, приводя к их вращению на 90° относительно средней точки их связи. Реакция обычно включает преобразование между нефталеновой структурой в фулваленовую структуру, то есть два кольца, которые имеют общий край против двух отдельных колец, вершины которых связаны друг с другом. Реакция происходит на углеродных нанотрубках, графене и подобных карбоновых структурах, где четыре прилегающих шестичленных кольца пирена-подобной области превращаются в два пятичленных кольца и два семичленных кольца, когда связь, объединяющая два прилегающих кольца, вращается. Считается, что перестановка этих материалов имеет важное значение для тепловых, химических, электрических и механических свойств. Перестановка является примером перестановки пирациклина.

История

Дефект назван в честь Энтони Стоуна и Дэвида Уэльса из Кембриджского университета, которые описали его в статье 1986 года об изомеризации фуллеренов. Однако аналогичный дефект был описан гораздо раньше Г. Д. Динесом в 1952 году в статье о диффузионных механизмах в графите, а позже в 1969 году в статье о дефектах в графите Питером Трауэром. По этой причине иногда используется термин "дефект Уэльса".

Структурные последствия

Дефекты были обнаружены с помощью сканирующей туннельной микроскопии и электронной микроскопии передачи и могут быть определены с использованием различных методов вибрационной спектроскопии. Было предложено, что процесс коалесценции фуллеренов или углеродных нанотрубок может происходить через последовательность таких перестановок. Считается, что этот дефект отвечает за наноуровневую пластичность и хрупкость в углеродных нанотрубках.

Химические детали

Энергия активации для простого атомного движения, которое дает вращение связи, явную в дефектах Стоун-Уэльса, довольно высока - барьер в несколько электронвольт. Но различные процессы могут создавать дефекты при значительно более низких энергиях, чем можно было бы ожидать. Высокая сродственность этих дефектов к водороду в сочетании с большой площадью поверхности сыпучего материала может сделать эти дефекты важным аспектом в использовании углеродных наноматериалов для хранения водорода. Включение дефектов вдоль сети углеродных нанотрубок может запрограммировать схему углеродных нанотрубок для повышения проводимости вдоль определенного пути. В этом сценарии дефекты приводят к делокализации заряда, которая перенаправляет входящий электрон по заданной траектории.