Нові sp3 форми вуглецю, передбачені еволюційною метадинамікою, та аналіз їх здатності до синтезу за допомогою вибірки переходового шляху
Експерименти з холодного стиснення графіту вказали на існування нового надтвердого і прозорого алотропу вуглецю. Численні метастабільні структури-кандидати з різними топологіями були запропоновані для «надтвердого графіту», демонструючи хорошу узгодженість з експериментальними рентгенівськими даними. Щоб визначити природу цієї нової алотропії, ми використовуємо еволюційну метадинаміку для систематичного пошуку вуглецевих структур sp3 з низькою ентальпією, легкодоступних із графіту, і використовуємо вибірку шляху переходу за допомогою молекулярної динаміки, щоб дослідити відповідні кінетичні шляхи, починаючи з графіту при 15–20 ГПа. Обчислюється реальна кінетика перетворення та створюються фізично значущі механізми переходу на атомістичному рівні деталей, щоб продемонструвати, як механізм зародження та кінетика перетворення призводять до M-вуглецю як кінцевого продукту холодного стиснення графіту. Це встановлює М-вуглець як експериментально синтезований алотроп вуглецю.
Ключові слова: високий тиск, вуглець, поліморфізм, надтвердий матеріал, молекулярна динаміка, метадинаміка.
УДК 546.26-162:539.58
Ю. Ван (Рочестер, США)
К. К. М. Лі (Нью-Гейвен, США)
Від м’якого до надтвердого: п’ятдесят років експериментів над графітом холодного стиснення
В останні роки було проведено численні обчислювальні дослідження, що передбачають природу графіту холодного стиснення, що дає славнозвісний алфавітний суп із вуглецевих структур (наприклад, bct-C4, K4-, M-, H-, R-, S-, T-, W- та Z-вуглець). Незважаючи на вдосконалення теоретичних методів, притаманна природа графіту (тобто низький Z) і подальший фазовий перехід при кімнатній температурі під високим тиском (тобто низька симетрія, нанокристалічний і млявий) роблять експериментальні вимірювання складними для виконання та інтерпретації навіть за допомогою поточної технології синхротронних джерел 3-го покоління. Фазовий перехід графіту при кімнатній температурі під високим тиском був виявлений численними експериментами протягом останніх п’ятдесяти років, такими як вимірювання електричного опору, оптична мікроскопія, дифракція рентгенівських променів, непружне розсіювання рентгенівських променів і раманівська спектроскопія. Однак ідентифікація та характеристика графіту високого тиску рясніє суперечками з моменту його відкриття понад п’ятдесят років тому.Нещодавні експерименти підтверджують, що ця фаза має моноклінну структуру, що відповідає фазі М-вуглецю, передбаченій теоретичними розрахунками. Тим часом експерименти демонструють, що фазовий перехід є повільним і кінетика важлива для визначення межі фаз. Крім того, постграфітова фаза виявляється надтвердою з твердістю, порівнянною з твердістю алмазу.
Ключові слова: графіт високого тиску, постграфітова фаза, фазовий перехід, М-вуглець, експерименти з коміркою алмаз–ковадло.
УДК 546.26:539.89
Z. S. Zhao (Циньхуандао, Хебей, Китай)
X.-F. Чжоу (Тяньцзінь, Китай)
М. Ху, Д. Л. Ю, Дж. Хе (Ціньхуандао, Хебей, Китай)
Х.-Т. Ван (Тяньцзінь, Китай)
Y. J. Tian, B. Xu (Циньхуандао, Хебей, Китай)
Поведінка вуглецевих нанотрубок при високому тиску
У цій статті ми розглянули експериментальні та теоретичні дослідження індукованої тиском полігонізації, овалізації, деформації форми іподрому та полімеризації вуглецевих нанотрубок (ВНТ). Обговорювалися відповідні електронні, оптичні та механічні зміни, що супроводжують цю поведінку. Також було продемонстровано перетворення пучків крісла (n, n) CNT (n = 2, 3, 4, 6 і 8) під гідростатичним або негідростатичним тиском у нові вуглеці, включаючи нещодавно запропоновані надтверді вуглецеві фази bct-C4, Cco-C8 і B-B1AL2R2. Враховуючи різноманіття ВНТ з різними хіральностями, діаметрами та розташуванням, індукована тиском полімеризація ВНТ забезпечує багатообіцяючий підхід до отримання багатьох нових метастабільних вуглеців, що демонструють унікальні електронні, оптичні та механічні характеристики.
Ключові слова: вуглецеві нанотрубки, індуковані тиском, полімеризація, нові метастабільні вуглеці, електронні та механічні характеристики.
УДК 546.26-162.001.1
гл.Він, Л. З. Сан, Дж. Чжун (Сянтань, Китай)
Прогнозування надтвердих алотропів вуглецю за методом сегментних комбінацій
В останні роки було запропоновано багато надтвердих алотропів вуглецю з метою пояснення надтвердих вуглецевих фаз, що спостерігаються в процесах холодного стиснення графіту та вуглецевих нанотрубок. У цій статті ми розглянули останні досягнення в пошуку надтвердих фаз вуглецю з точки зору комбінації сегментів і виявили, що їх можна розділити на дві групи: (i) комбінації сегментів з кубічного алмазу та гексагонального алмазу з 5-6-7 вуглецевими кільцями та (ii) комбінації сегментів з гексагонального алмазу та мутованого гексагонального алмазу з 4-6-8 вуглецевими кільцями. Нарешті, було обговорено додатковий приклад розширення цих алотропів вуглецю на їхні відповідні аналоги нітриду бору.
Ключові слова: надтвердий матеріал, алотроп вуглецю, графіт холодного стиснення, прогноз кристалічної структури, метод перших принципів.
УДК 546.26-162:539.89
В. В. Бражкін, А. Г. Ляпін (Троїцьк, Росія)
Тверді та надтверді вуглецеві фази, синтезовані з фулеритів під тиском
Представлено огляд структурно-механічних властивостей твердих вуглецевих фаз, синтезованих із фулериту C60 під тиском. Щільність і наноструктура визнані ключовими параметрами, що визначають механічні властивості твердих вуглецевих фаз. Запропонувавши варіант перехідної діаграми високого тиску C60 (розвиненої до 20 ГПа), було виділено три області утворення твердих вуглецевих фаз. Відповідними фазами надтвердого вуглецю є (1) невпорядковані атомні структури типу sp2 при помірних тисках і високих температурах (> 1100 K), (2) тривимірні полімеризовані структури C60 при помірних температурах і високих тисках (> 8 ГПа) і (3) аморфні та нанокомпозитні фази на основі sp3 при високих тисках і температурах. Першу область, у свою чергу, можна розділити на 2 підчастини з різними особливостями структур і властивостей sp2: частина низького тиску (0,1–2 ГПа) і частина високого тиску (2–8 ГПа). Температуру можна визнати фактором, відповідальним за формування наноструктур шляхом часткового руйнування молекулярних фаз, тоді як тиск є фактором, відповідальним за стимулювання утворення жорстких полімеризованих структур, що складаються з ковалентно зв’язаних молекул C60, тоді як поєднання обох факторів призводить до утворення фаз на основі атомів із домінуючим зв’язком sp3.
Ключові слова: вуглець, алмаз, фулерит С60, наноструктура, полімеризація, надтверді фази.