_ Imaginirea peisajului microstructural al amorfelor carboni

Prof. Echipa lui Wu HengAn de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China a prezentat șase faze reprezentative ale carbonilor amorfi bazate pe simulări ale dinamicii moleculare (MD) la scară largă, realizând un peisaj microstructural cuprinzător al carbonilor amorfi.

Aceste faze. includ rețeaua de grafen dezordonată (DGN), carbonul amorf de înaltă densitate (HDAC), diafitul amorf (a-DG), diamantul amorf (a-D), diamantul paracristalin (p-D) și, respectiv, diamantul nano-policristalin (NPD). Echipa a efectuat o analiză amănunțită a caracteristicilor topologice microstructurale și a contribuțiilor acestora la ordinea pe distanță scurtă până la medie.

În special, a-DG prezintă caracteristici hibride de grafit amorf și diamant dezordonat atomic, în timp ce p-D prezintă numeroase nanonuclee asemănătoare diamantului distribuite într-o matrice amorfă.

Caracteristicile lor topologice microstructurale se aseamănă izbitor cu carbonii amorfi nou sintetizați în experimente, iar această consistență sugerează că modelele simulate pot captura eficient diferitele microstructuri. observat în carbonii amorfi pregătiți experimental.

Mai mult, echipa a efectuat o analiză cuprinzătoare prin compararea datelor de simulare cu observațiile experimentale, ceea ce a condus la dezvoltarea unei diagrame de fază în sp3/sp2 față de planul densității.

Diagrama de fază a dezvăluit modele interesante caracterizate prin discontinuități neașteptate, care provin din diferențele inerente în topologia microstructurală a diferitelor tipuri de carboni amorfi. Interesant, echipa a descoperit o lege de putere adaptată: log(sp3/sp2) ~ ρn, unde diferite valori ale lui „n” indică faptul că stabilitatea microstructurală a carbonilor amorfi poate fi reglată prin manipularea raportului sp3/sp2 la o anumită temperatură-presiune. condiții.

În ciuda variațiilor semnificative ale dezordinei la scară atomică care rezultă din modificările densității, temperaturii și presiunii, este încă posibil să se distingă diferite tipuri de carbon amorfi prin microstructurile topologice ordonate în intervalul scurt/mediu. Această abordare de clasificare deschide calea pentru investigații ulterioare asupra proprietăților mecanice și a altor atribute relevante ale carbonilor amorfi.

În plus, cercetătorii au explorat posibile căi de tranziție de fază între diferite tipuri de carbon amorf pe baza diagramei de fază discontinuă. Ei au descoperit că, prin recoacere DGN în condiții de temperatură înaltă și de înaltă presiune, pot fi obținute structuri tipice de carbon amorf, cum ar fi a-DG, a-D și p-D. În plus, a fost observată o tranziție de fază reversibilă între DGN și HDAC, în concordanță cu calculele recente ale principiilor inițiale.

Prin urmare, pot exista tranziții de fază abundente, dar nedescoperite și evoluții microstructurale între diferite tipuri de carbon amorf în condiții adecvate. conditii de temperatura-presiune. Scopul cercetării ulterioare este de a investiga mecanismele care guvernează aceste tranziții de fază, oferind perspective teoretice valoroase pentru sinteza experimentală a materialelor de carbon amorf.

Lucrarea este publicată în revista National Science Review.

(Fluierul)