Симметричные рулонные упаковки многослойных углеродных нанолент

Рулонные упаковки однослойного и многослойного графена могут использоваться для создания суперконденсаторов, нанонасосов, нанофильтров и других наноустройств. Полноатомное моделирование графеновых рулонов ограничено рассмотрением относительно небольших систем на малых отрезках времени. Для преодоления этих трудностей была предложена двухмерная цепная модель, позволяющая эффективно рассчитывать статические и динамические характеристики рулонов нанолент, учитывая продольную и изгибную жесткости нанолент. Модель распространена на случай рулонов из многослойного графена. Найдены возможные стационарные состояния симметричных рулонов многослойных углеродных нанолент, скрученных так, что все наноленты в рулоне оказываются эквивалентными. Получены зависимости числа витков, внутреннего и внешнего радиусов, частот низкочастотных собственных колебаний рулонных упаковок от длины нанолент $L$. Показано, что наименьшая частота собственных колебаний симметричного рулона уменьшается с длиной нанолент пропорционально $L^{-1}$. Слишком коротким нанолентам энергетически невыгодно сворачиваться в рулон и для них основным состоянием является стопка плоских нанолент. С ростом числа слоев $k$ возрастает необходимая длина нанолент $L$ для создания симметричных рулонов. При достаточно малом числе слоев $k$ и достаточно большой длине нанолент $L$ рулонная упаковка имеет наименьшую энергию по сравнению со стопкой плоских нанолент и складчатыми структурами. Результаты могут использоваться для разработки наноматериалов и наноустройств на основе рулонных упаковок графена.