Short‐Range Structural Correlations in Amorphous 2D Polymers

Many 2D covalent polymers synthesized as single layers on surfaces show inherent disorder, expressed for example in their ring‐size distribution. Systems which are expected to form the thermodynamically favored hexagonal lattice usually deviate from crystallinity and include high numbers of pentagons, heptagons, and rings of other sizes. The amorphous structure of two different covalent polymers in real space using scanning tunneling microscopy is investigated. Molecular dynamics simulations are employed to extract additional information. We show that short‐range correlations exist in the structure of one polymer, i. e. that polygons are not tessellating the surface randomly but that ring neighborhoods have preferential compositions. The correlation is dictated by the energy of formation of the ring neighborhoods

Dynamik struktureller Gläser

Ausgehend von den strukturellen Eigenschaften von Se-Molekülen, die von Hohl und Bones [461 mit Car Parinello-Rechnungen bestimmt worden sind, ist unter Berücksichtigung der kristallinen Struktur ein empirisches 3-Körper-Potential aufgestellt worden, welches das physikalische Verhalten der Se-Cluster und der Kristalle im Einklang mit den experimentellen Resultaten reproduziert. Mit diesem Potential haben wir Se-Gläser studiert, die einige 100-1000 Atome enthalten. Aus den experimentellen Ergebnissen wurde mit Hilfe des "soft potential models" die Existenz von weichen Schwingungsmoden, die auf etwa 20 Atome lokalisiert sind, abgeleitet. Durch die Simulation von Gläsern, die bis zu 1470 Teilchen umfassen, wurde dies für das Se-Glas bestätigt. Die Existenz von niederfrequenten, lokalen Moden im Se-Glas konnte durch unsere Simulationen bestätigt werden. Diese Moden koexistieren mit den Schallwellen und bestimmen das anomale Tieftemperaturverhalten der Gläser. Im Spektrum der Gläser verursachen sie den sogenannten Bosonpeak. Durch Molekular-Dynamik-Simulationen sind darüberhinaus auch Relaxationen in Se-Gläsern und metallischen Modellgläsern studiert worden, die, wie die Simulation gezeigt hat, stärker lokalisiert sind als die niederfrequenten Schwingungen. Unsere Analyse der Relaxationen hat gezeigt, daß dieselben Atome, die stark an den niederfrequent lokalisierten Schwingungen beteiligt sind, auch stark an den Relaxationen teilhaben. Der im "soft potential model" vermutete starke Zusammenhang zwischen lokalen Moden und Relaxationen konnte durch den mikroskopischen Einblick der Simulation direkt bestätigt werden. Für höhere Temperaturen, wenn höhere Frequenzen und höhere Barrieren gegen Relaxationsprozesse wichtig werden, muß der Einfluß der Wechselwirkung zwischen den Schwingungsmoden berücksichtigt werden. Es stellte sich heraus, daß mit wachsenden Temperaturen neben der Zahl der Relaxationsprozesse auch die Sprungweite in den Relaxationen und die Anzahl der beteiligten Atome deutlich ansteigt, aber selbst bei 30% der Glastemperatur sind die Relaxationen noch auf weniger als 100 Atome lokalisiert. In diesem Temperaturbereich wird die Lokalisierung der Relaxationen durch die Wechselwirkung zwischen den Moden zwar abgeschwächt, aber nicht völlig aufgehoben. Mit dieser Simulation konnten wir zeigen, daß lokale Prozesse die Dynamik der Gläser selbst bei Temperaturen von 30% der Glastemperatur dominieren

Spectral Modifications of Graphene Using Molecular Dynamics Simulations

We investigated graphene structures grafted with fullerenes. The size of the graphene sheets ranges from 6400 to 640,000 atoms. The fullerenes (C60 and C240) are placed on top of the graphene sheets, using different impact velocities we could distinguish three types of impact. Furthermore, we investigated the changes of the vibrational properties. The modified graphene planes show additional features in the vibronic density of states

Property Analysis of SiC-Crystals Grafted with Graphene Using Molecular Dynamics Simulations

Silicon carbide and graphene possess extraordinary chemical and physical properties. Here, these different systems are linked and the changes in structural and dynamic properties are investigated. For the simulations performed a classical molecular dynamic (MD) approach was used. In this approach, a graphene layer (N = 240 atoms) was grafted at different distances on top of a 6H-SiC structure (N = 2400 atoms) and onto a 3C-SiC structure (N = 1728 atoms). The distances between the graphene and the 6H are 1.0, 1.3 and 1.5 Å and the distances between the graphene layer and the 3C-SiC are 2.0, 2.3, and 2.5 Å. Each system has been equilibrated at room temperature until no further relaxation was observed. The 6H-SiC structure in combination with graphene proves to be more stable compared to the combination with 3C-SiC. This can be seen well in the determined energies. Pair distribution functions were influenced slightly by the graphene layer due to steric and energetic changes. This becomes clear from the small shifts of the C-C distances. Interactions as well as bonds between graphene and SiC lead to the fact that small shoulders of the high-frequency SiC-peaks are visible in the spectra and at the same time the high-frequency peaks of graphene are completely absent

Improvement of solvent exchange for supercritical dried aerogels

The solvent exchange as one of the most important steps during the manufacturing process of organic aerogels was investigated. This step is crucial as a preparatory step for the supercritical drying, since the pore solvent must be soluble in supercritical carbon dioxide to enable solvent extraction. The development and subsequent optimization of a suitable system with a peristaltic pump for automatic solvent exchange proved to be a suitable approach. In addition, the influence of zeolites on the acceleration of the process was found to be beneficial. To investigate the process, the water content in acetone was determined at different times using Karl Fischer titration. The shrinkage, densities, as well as the surface areas of the aerogels were analyzed. Based on these, the influence of various process parameters on the final structure of the obtained aerogels was investigated and evaluated. Modeling on diffusion in porous materials completes this study