References

najo

Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics

Наносистемы: физика, химия, математика

2220-80542305-7971

Университет ИТМО

najo-1067

Research Article

Статьи

Principle of modular building of nanostructures: the information codes and the combinatorial design

Модулярное строение наноструктур: информационные коды и комбинаторный дизайн

Иванов

В. В.

Ivanov

V. V.

Таланов

В. М.

Talanov

V. M.

valtalanov@mail.ru

Южно–Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институтRussian Federation

2010

17082025

1172107

2025

Иванов В.В., Таланов В.М.

Ivanov V.V., Talanov V.M.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://nanojournal.ifmo.ru/jour/article/view/1067

Сформулирован принцип модулярного строения наноструктур. Рассмотрены вопросы выбора модуля для модулярного дизайна и алгоритма комбинаторного моделирования. Предложено символьное описание наноструктур с помощью информационных кодов. Методом комбинаторного модулярного дизайна сконструированы вероятные одномерно–периодические и двумерные дважды периодические наноструктуры из топологически идентичных полигонов и соответствующие им плоские и объемные циклические и винтовые наноструктуры. Определены множества одномерных и двумерных базовых совокупностей атомов. Представлен краткий обзор работ по кристаллохимическим особенностям строения неорганических веществ, структуры которых включают сконструированные наноструктуры как фрагменты структур обычных кристаллов. Результаты комбинаторного модулярного дизайна полигонных наноструктур могут быть использованы при моделировании новых структурных типов веществ, включающих полигоноподобные структурные фрагменты из атомов, одномерных и двумерных полиэдрических модулей и модульных блоков.

принцип модулярного строенияинформационный структурный кодкомбинаторное моделированиемодулярный дизайнполигоныполиэдрынаноструктуры

References1

Алесковский В.Б. К вопросу о структурных единицах твердого вещества. Докл. АН СССР, 1990, 311 (5), 500.

Алесковский В.Б. Информация как фактор самоорганизации и организации вещества. Журн. общей химии, 2002, 72 (4), 611-616.

Алесковский В.Б. К формированию химии высокоорганизованных веществ. Журн. общей химии, 1995, 65 (11), 1928-1933.

Гусаров В.В., Попов И.Ю. Динамическое структурообразование в процессе высокотемпературной деформации поликристаллических оксидов. Изв. вузов. Физика, 1995, 38 (8), 69-75.

Гусаров В.В. Статика и динамика поликристаллических систем на основе тугоплавких оксидов. Автореф. дисс. ... д.х.н. СПб, 1996, 44 с.

Иванов В.В., Таланов В.М. Принцип модулярного строения кристаллов. Кристаллография, 2010, 55 (3), 385–398.

Gusarov V.V., Popov I.Yu. Flows in two-dimensional nonautonomous phases in polycrystalline systems. Nuovo Cim. D, 1996, 18D (7), 1834-1840.

Гусаров В.В., Попов И.Ю., Гугель Ю.В. Трансформационно-транспортные процессы формирования динамических структур в 2-мерных неавтономных фазах при термомеханической обработке оксидных поликристаллических систем. Журн. прикл. Химии, 1994, 67 (7), 116-120.

Иванов В.В., Таланов В.М. Алгоритм выбора структурного модуля и модулярный дизайн кристаллов. Журнал неорганической химии, 2010, 55 (6), 980–990.

Иванов В.В. Комбинаторное моделирование вероятных структур неорганических веществ. СКНЦ ВШ, Ростов–на–Дону, 2003, 204 с.

Урусов В.С. Теоретическая кристаллохимия. МГУ, М., 1987, 276с.

Уэллс А. Структурная неорганическая химия. В 3–х томах. Мир, М., 1987/88, Т.1, 408 с.; Т.2, 696 с.; Т.3, 564с.

Таланов В.М. Теоретические основы естественной классификации структурных типов. Кристаллография, 1996, 44 (6), 979–997.

Иванов В.В., Таланов В.М. Комбинаторный модулярный дизайн структур шпинелеподобных фаз. Физика и химия стекла, 2008, 34 (4), 528–567.

Современная кристаллография. В 4–х т. Т.1. Симметрия кристаллов. Методы структурной кристаллографии. Наука, М., 1980. 524 с.

Резницкий Л.А. Кристаллоэнергетика оксидов. Диалог-МГУ, М., 1998, 146 с.

Урусов В.С. Энергетическая кристаллохимия. Наука, М., 1975, 336 с.

Таланов В.М. Энергетическая кристаллохимия многоподрешеточных кристаллов. РГУ, Ростов–на–Дону, 1986, 160 с.

Гусаров В.В. Термодинамика систем сопряженных и пространственно разделенных регулярных фаз переменного состава. Тез. докл. VI Всесоюз. совещ. по изоморфизму. Звенигород, АН СССР, 1988, 64.

Иванов В.В., Ерейская Г.П., Люцедарский В.А. Прогноз одномерных гомологических рядов оксидов металлов с октаэдрическими структурами. Изв. АН СССР. Неорганические материалы, 1990, 26 (4), 781–784.

Иванов В.В., Ерейская Г.П. Структурно–комбинаторный анализ одномерных гомологических рядов оксидов переходных металлов с октаэдрическими структурами. Изв. АН СССР. Неорганические материалы, 1991, 27 (12), 2690–2691.

Ормонт Б.Ф. Структуры неорганических веществ. ГИТТЛ, М., Л., 1950, 968 с.

Нараи–Сабо И. Неорганическая кристаллохимия. Изд–во АН Венгрии, Будапешт, 1969, 504 с.

Yaghi O.M., Li H., Davis C., Richardson D., Groy T.L. Synthetic Strategies, Structural Patterns, and Emerging Properties in the Chemistry of Modular Porous Solids. Acc. Chem. Res., 1998, 31, 474–484.

Batten S.R., Robson R. Interpenetrating Nets: Ordered, Periodic, Entanglement. Angew. Chem., Int. Ed., 1998, 37, 1460–1494.

Kitagawa S., Kondo M. Functional Micropore Chemistry of Crystalline Metal Complex–Assembled Compounds. Bull. Chem. Soc. Jpn., 1998, 71, 1739–1753.

Kiang Y.–H., Gardner G.B., Lee S., Xu Z., Lobkovsky E.B. Variable Pore Size, Variable Chemical Functionality, and an Example of Reactivity within Porous Phenylacetylene Silver Salts. J. Am. Cem. Soc., 1999, 121, 8204– 8215.

Eddaoudi M., Li H., Reineke T., Fehr M., Kelley D., Groy T.L., Yaghi O.M. Design and synthesis of metal– carboxylate frameworks with permanent microporosity. Top. Catal., 1999, 9, 105–111.

Eddaoudi M., Li H., Yaghi O.M. Highly porous and stable metal–organic frameworks: structure design and sorption properties. J. Am. Cem. Soc., 2000, 122, 1391–1397.

Eddaoudi M., Moler D.B., Li H., Chen B., Reineke T.M., O’Keeffe M., Yaghi O.M. Modular chemistry: Secondary Building Units as a Basis for the Design of Highly Porous and Robust Metal–Organic Carboxylate Frameworks. Acc. Chem. Res., 2001, 34 (4), 319–330.

Гладышевский Е.И. Кристаллохимия силицидов и германидов. Металлургия, М., 1971, 296 с.

Пирсон У. Кристаллохимия и физика металлов и сплавов. В 2–х томах. Мир, М., 1977, 1, 420 с.; 2, 476 с.

Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения. Металлургия, М., 1976, 560 с.

Тот Л. Карбиды и нитриды переходных металлов. Мир, М., 1974, 294 с.

Bowes C.L., Ozin G.A. Self–Assembling Frameworks: Beyond Microporous Oxides. Adv. Mater., 1996, 8, 13–28.

Cheetham A.K., Ferey G., Loiseau T. Open–Framework Inorganic Meterials. Angew. Chem., Int. Ed., 1999, 28, 3268–3292.

Blake A.J., Champness N.R., Hubberstey P., Li W.–S., Withersby M.A., Schroder M. Inorganic Crystal ¨ Engineering Using Self–Assembly of Tailored Building–Blocks. Coord. Chem. Rev., 1999, 183, 117–138.

O’Keeffe M., Eddaoudi M., Li H., Reineke T.M., Yaghi O.M. Frameworks for Extended Solids: Geometrical Design Principles. J. Solid State Chem., 2000, 152, 3–20.

Шариков Ф.Ю., Альмяшева О.В., Гусаров В.В. Термический анализ процесса образования наночастиц ZrO2 в гидротермальных условиях. Журн. неорган. химии, 2006, 51(10), 1538-1543.

Мюллер А., Рой с. Нанообъекты на основе оксидов металлов: реакционная способность, строительные блоки для полимерных структур и структурное многообразие. Успехи химии, 2002, 71 (12), 1107–1119.

Osipov V.A. Topological Defects in Carbon Nanocrystals. Topology Defects in Carbon Nanocrystals. Springer– Verlag, Berlin, 2006, 93–116.

Таланов В.М., Ерейская Г.П., Юзюк Ю.И. Введение в химию и физику наноструктур и наноструктурированных материалов. Изд–во «Академия естествознания», М., 2008. 389 с.

Дьячков П.Н. Углеродные нанотрубки: строение, свойства, применение. БИНОМ. Лаборатория знаний, М., 2006, 293 с.

Белов Н.В. Очерки по структурной минералогии. Недра, М., 1986, 360 с.

Урусов В.С., Дубровинская Н.А., Дубровинский Л.С. Конструирование вероятных кристаллических структур минералов. МГУ, М., 1990, 128 с.

Брэгг У.Л., Кларингбулл Г.Ф. Структура минералов. Мир, М., 1987, 390 c.

Бондарь И.А., Виноградова Н.В., Демьянец Л.Н. и др. Соединения редкоземельных элементов: силикаты, германаты, фосфаты, арсенаты, ванадаты. Наука, М., 1983, 288 с.

Горшков В.С., Савельев В.Г., Федоров Н.Ф. Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений. Высшая школа, М., 1988, 400 с.

Ilyushin G.D., Blatov V.A., Zakutkin Yu.A. Crystal Chemistry of orthosilicates and their analogs: the classification by topological types of suprapolyhedral structural units. Acta Cryst., 2002, B58, 948–964.

Порай–Кошиц М.А., Атовмян Л.О. Кристаллохимия и стереохимия координационных соединений молибдена. Наука, М., 1974, 232 с.

Крипякевич П.И. Структурные типы интерметаллических соединений. Наука, М., 1977, 290 с.

Самсонов Г.В., Дроздов с.В. Сульфиды. Металлургия, М., 1972, 303 с.

Смитлз К.Дж. Металлы (справочник). Металлургия, М., 1980, 447 с.

Тейлор К. Интерметаллические соединения редкоземельных металлов. Мир, М., 1974, 221 с.

Uchida M., Matsui Y. A new stacking motif: complex alloy structures interpreted as modulated structures. Acta Cryst., 2000, B56, 654–658.

Uchida M., Matsui Y. Hexagonal Frank–Kasper phases interpreted as modulated structures. Acta Cryst., 2001, B57, 466–470.

Eddaoudi M., Kim J., Vodak D., Sudik A., Wachter J., O’Keeffe M., Yaghi O.M. Geometric requirements and examples of important structures in the assembly of square building blocks. PNAS, 2002, 99 (8), 4900–4904.

Ferraris G., Makovicky E., Merlino S. Crystallography of Modular Structure. IUC Oxford Science Publications, 2008, 370 p.

Иванов В.В., Иванов А.В. Роль циклических кремнийсодержащих полимеров в проявлении эффекта синергизма в композиционных покрытиях на основе жидкого стекла. Сборник трудов VII Международной конференции «Циклы», Сев.–Кавк. гос. техн. ун–т. – Ставрополь, апрель 2005, 2,

Айлер Р. Химия кремнезема. В 2–х частях. Мир, М., 1982, 1, 416 с.; 2, 712 с.

Zabel H., Chow P.C. Intercalated Graphite. Comments Cond. Mat. Phys., 1986, 12 (5), 225–251.

Grunes L.A., Ritsko J.J. Valence and core excitation spectra in K, Rb, and Cs alkali–metal stage–1 intercalated graphite. Phys. Rev. B, 1983, 28 (6), 3439–3446.

Gunasekara N., Takahashi T., Maeda F., Sagawa T., Suematsu H. Angle–Resolved ultraviolet photoemission study of first stage Alkali–Metal Graphite intercalation compounds. Z. Phys. B. Condensed Matter., 1988, 70, 349–355.

Fischer J.E., Kim H.J. Staging transitions at constant concentration in intercalated graphite. Synthetic Metals, 1985, 15, 137–142.

Kamitakahara W.A., Zabel H. In–plane intercalate dynamics in alkali–metal graphite intercalation compounds. Phys. Rev. B, 1985, 32 (12), 7817–7825.

Freilander P., Heitjans P., Ackermann H., Bader B., et al Diffusion processes in LiC6 studied by 𝛽–NMR. Z. Phys. Chem. Neue Folge, 1987, 151, 93–101.

Woo K.C., Mertwoy H., Fischer J.E., Kamitakahara W.A., Robinson D.S. Experimental phase diagram of lithium–intercalated graphite. Phys. Rev. B, 1983, 27 (12), 7831–7834.

Hawrylak P., Subbaswamy K.R. Thermodynamic model of staging transformaton in intercalated graphite. Phys. Rev. B, 1983, 28 (8), 4851–4854.

Di Vincenzo D.P., Koch T.C. Theoretical phase diagram for Li–intercalated graphite. Phys. Rev. B, 1984, 30 (12), 7092–7097.

Фиалков А.С. Углерод. Межслоевые соединения и композиты на его основе. Аспект Пресс, М., 1997, 718 с.

Бокий Г.Б. Кристаллохимия. Изд–во Моск. ун–та, М., 1960, 357 с.

Fisher W., Burzlaff H., Hellner E., Donney J.D.H. Space Groups and Lattice Complexes. U.S. Dep. Commerce, Nat. Bur. Stand., Washington, 1973, 178 p.

Sakamoto Y., Kida A., Hiraga K., Murata H. Possible invariant unitary crystal–structure type. J. Science Hiroshima Univ., Ser. A, 1983, 46 (3), 371–461.

Покровский В.В., Ивановский А.Л. Новые формы углерода и нитрида бора. Успехи химии, 2008, 77 (10), 899–937.

Минкин В.И., Миняев Р.М., Хоффман Р. Неклассические структуры органических соединений: нестандартная кристаллохимия и гиперкоординация. Успехи химии, 2002, 71 (11), 989–1014.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.