Ван-дер-Ваальсова инкапсуляция углеродных нанотрубок

Проведено моделирование инкапсулированных углеродных нанотрубок, лежащих на плоской подложке. Показано, что инкапсуляция нанотрубок (покрытие листом графена или гексагонального нитрида бора) способствует их коллапсированию. Покрытие нанотрубки листом приводит к появлению на ее поверхности эффективного (внутреннего) давления, которое на некоторых участках может достигать максимальных значений в 8 GPa. Среднее значение внутреннего давления монотонно уменьшается с увеличением диаметра нанотрубки (увеличение в два раза диаметра приводит более чем двукратному уменьшению давления). Показано, что внутри инкапсулированного кластера нанотрубок давление распределяется равномерно. Для кластера нанотрубок с индексом хиральности (5,0) внутреннее давление может достигать 2 GPa. Инкапсуляция позволяет более чем в десять раз повысить энергию взаимодействия нанотрубок. Объединение двух инкапсуляций позволяет получить энергетический выигрыш в 1.22 eV, но их сближение требует преодоления энергетического барьера в 0.14 eV (инкапсуляции на малых расстояниях притягиваются, на больших – отталкиваются). Покрытие кластера нанотрубок листом графена значительно повышает его устойчивость. Методом молекулярной динамики показано, что инкапсулированный кластер сохраняет свою кристаллическую структуру при $T<$ 500 K, а при более высокой температуре происходит его плавление, сопровождаемое значительным увеличением объема межслоевой полости (кармана), в которой он находится. Полость принимает форму полуокружности, а ее объем монотонно увеличивается с ростом температуры.