Анизотропия поверхности углеродных материалов
DOI:
https://doi.org/10.31489/2021No3/15-24Ключевые слова:
алмаз, графит, карбин, фуллерены, наноструктурированные, толщина поверхностного слоя, поверхностная энергия, анизотропия.Аннотация
В работе использована модель поверхностного слоя совершенных монокристаллов и выяснена роль поверхностной энергии в физических процессах, протекающих в области наноразмеров углеродных материалов. Из них исследованы алмаз, графит, карбин и фуллерены. Толщина поверхностного слоя алмаза кубической симметрии составляет 8,2 нм и представляет собой наноструктуру. Средний размер синтезированного наноалмаза имеет порядок ~ 8 нм. Вычисленное нами значение σhkl по плоскостям алмаза (100), (110) и (111) неплохо согласуется с экспериментом и другими расчетами. Толщина поверхностного слоя графита по оси а равно R(I)а = 8,0 нм и также представляет наноструктуру. А вот по оси с мы имеем толщину слоя около 1,5 нм и количество монослоев всего 2. По этой оси с графит можно создать монослой, превратив его в графен. Вычисленное нами значение σhkl по плоскостям а и с графита равны 25957 и 5515 мДж/м2, соответственно. Карбины представляют полимерную полииновую или кумуленовую цепочку, состоящую из атомов углерода в sp-гибридизации. Если представить, что толщина поверхностного слоя карбина растянута в одномерную цепочку вдоль оси с, то длина этой цепочки составить до 200 нм для α-карбина. Толщина поверхностного слоя фуллеренов значительно превышает толщину поверхностного слоя чистых металлов. Толщина поверхностного слоя фуллеренов у С84 и С96 превышает 100 нм по Глейтеру, характерную для наноструктур. Поверхностная энергия фуллеренов σhkl возрастает с ростом числа атомов углерода С36 → С96. Она также изменяется в ряду (111) → (100) → (110).
Библиографические ссылки
"1 Yurov V.M., Oleshko V.S. The impact of the environment on the contact potential difference of metal machine parts. Eurasian Physical Technical Journal. 2019. Vol.16, No. 1(31), pp. 99 – 108.
Yurov V.M., Makeeva O.V., Oleshko V.S., Fedorov A.V. Development of a device for determining work electron output. Eurasian Physical Technical Journal. 2020, Vol.17, No. 1(33), pp. 127 – 131.
Yurov V.M., Goncharenko V.I., Oleshko V.S. Anisotropy of the surface of cubic body-centered crystal lattices. Eurasian Physical Technical Journal, 2021, Vol.18, No. 1(35), pp. 9-15.
Bochkarev V.P. Development of physical and chemical principles for assessing the effect of surface energy on the properties of materials and processes for microelectronic technology. Dissertation for degree of Doctor of Technical Sciences, Moscow, 2020, 299 p.
Yurov V.M., Goncharenko V.I., Oleshko V.S. Anisotropy of surface energy and thickness of the surface layer of magnetic nanostructures. Nano- and microsystem technology, 2021, V. 23, No.2, pp. 8-14.
Yurov V.M., Goncharenko V.I., Oleshko V.S. Anisotropy of the surface layer of d - elements. Modern high technologies. 2021, No. 2, pp. 88-93.
Orlov Yu.L. Mineralogy of diamond. Moscow: Nauka, 1984, 70 p.
Bullakh A.G., Zolotarev A. Atlas of structures of minerals - simple substances, sulfides. St-Petersburg, I997, 28 p.
Liopo V.A., Ovchinnikov E.V., Sabut A.V., Voznyakovsky A.A. Structural features of diamond nanocrystals. Progressive technologies and systems of mechanical engineering, 2017, No. 1 (56), pp. 73-84.
Наrkins W. D. Energy Relations of surface of Solids. Journal Chem. Phys., 1942, V. 10, pp. 268–272.
Nozhkina A.V., Kostikov V.I. Surface energy of diamond and graphite. Rock-cutting and metal-working tools - technique and technology of its manufacture and application, 2017, No. 20, pp. 161-167.
Ormont B.F.Introduction to physical chemistry and crystal chemistry of semiconductors. Moscow, 1968, 487p.
Oshcherin B.N. On surface energies of ANB8-N semiconducting compounds. Phys. Status Solidi, 1976, A 34, No. 2, pp. K 181-К186.
Magomedov M.N. On the surface properties of nanodiamonds. Physics of the Solid State, 2010, Vol. 52, No. 6, pp. 1206 – 1214.
Zhmurikov E.I., Bubnenkov I.A., Pokrovsky A.S., Kharkov D.V., Dremov V.V., Samarin S.I. Graphite in Science and Nuclear Engineering. Novosibirsk, 2013, 198 p.
Kudryavtsev Yu.P., Evsyukov S., Guseva M., Babaev V., Khvostov V. Chemistry and Physics of Carbon: A Series of Advances. New York-Basel-Hong Kong: Marcel Dekker, Inc., 1997, Vol. 25, pp. 1 – 65.
Kasatochkin V.I., Savransky V.V., Smirnov B.N., Melnichenko V.M. Study of Carbyne Condensed from Carbon Vapors. DAN SSSR, 1974, Vol. 217, No. 4, pp. 796 – 799.
Korobova Yu.G., Bazhanov D.I., Khvostov V.V., et al. Effect of hydrogen impurity on the atomic and electronic structure of the crystalline modification of carbyne. VMU. Series 3. Physics. Astronomy. 2013, No. 1, pp. 37-44.
Zeynalov E.B. Fullerenes: Information Collection (1991-2006). Baku: ""Nurlan"", 2007, 521p.
Kovalenko V.I., Khamatgalimov A.R. Structure and stability of higher fullerenes. Moscow, RAS, 2019, 212 p.
Shpilevsky E. Fullerenes -new molecules for new materials. Science and Innovation, 2006, No.5(39), pp.32-38.
Magomedov M.N. About fullerene interaction and properties of fullerites. Thermophysics of high temperatures, 2005, V. 43, No. 3, pp. 385 – 395.
Yurov V.M., Guchenko S.A., Laurinas V.Ch. Surface layer thickness, surface energy, and atomic volume of an element. Physicochemical aspects of studying clusters, nanostructures and nanomaterials, 2018, Vol. 10, pp. 691-699.
Gleiter H. Nanostructured materials: basic concepts and microstructure. Acta mater. 2000. V.48, pp. 1 – 29.
Borisova P.A. Phase transitions in amorphous fullerenes and their interaction with metals. Dissertation for degree of the Candidate…, Moscow, 2016, 113 p.
Romanenko A.V., Simonov P. Carbon materials and their physical and chemical properties. Moscow, 2007, 128p.
Dolmatov V.Yu. Detonation nanodiamonds: synthesis, structure, properties and application. Advances in Chemistry, 2007, Vol. 76(4), pp. 375 – 397.
Novoselov K.S., Geim A.K., Morozov S.V., Jiang D., Zhang Y., Dubonos S.V., Grigorieva I.V., Firsov A.A. Electric field effect in atomically thin carbon films. Science, 2004, V. 306, pp. 666 – 669.
Neto A.C., Guinea F., Peres N.M.R., Novoselov K.S., Geim A.K. The electronic properties of grapheme. Rev. Mod. Phys., 2009, Vol. 81. - pp. 109-161.
Shi L., Rohringer P., Suenaga K. et al. Confined linear carbon chains as a route to bulk carbyne. Nature Mater. 2016, Vol. 15, pp. 634–639.
"
