В Решении Конференции были отмечены доклады молодых ученых «Новые направления в технологии изготовления герметичных изделий из КМ» (Бутузов С.Е.), «Поиск подходов к синтезу волокнистого депозита на основе углеродных нанотрубок методом газофазного осаждения» (Хасков М.А.), «Технологические характеристики углеродных порошков на основе углеродных наноторубок и связующих различной природы» (Данилов Е.А.), «Наноструктурирование поверхности углеродных волокон для создания композиционных материалов с улучшенными сдвиговыми характеристиками» (Толбин А.Ю.) <...> Ключевые слова: DFT, графен, диаман, фазовые переходы Двумерный материал графен привлек к себе внимание задолго до его экспериментального получения: первое теоретическое изучение графена было датировано 1946 годом, когда впервые была изучена его зонная структура [1]. <...> Последовательное изучение графена, графана и предложенных диаманов может быть рассмотрено как подход «снизу-вверх», в котором конечный материал (диаман) собирается из более мелких элементов (графенов). <...> Основной целью данной работы является изучение энергетической стабильности и фазовых переходов из многослойного графена в диаман. <...> The dependence of phase transition pressure upon the number of layers in diamane уравнением типа Аппроксимируя полученную зависимость P N Pa bulk , где a – константа, N – количество слоев, Pbulk – давление фазового перехода графит – алмаз, можно рассчитать критическое количество слоев, при котором многослойный графен с пассивированной поверхностью будет переходить в диаман безбарьерно, только посредством химической адсорбции атомов водорода. <...> УДК 661.666 А.Г. Докучаев*, В.М. Бушуев*, А.Г. Щурик*, Ю.В. Соколкин** О ВЛИЯНИИ ПИРОУГЛЕРОДНОГО ПОКРЫТИЯ ТОНКОСТЕННЫХ УГЛЕРОДУГЛЕРОДНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА СТЕПЕНЬ ИХ СИЛИЦИРОВАНИЯ (*ОАО «УНИИКМ», **Пермский государственный технический университет) e-mail: uniikm@yandex.ru, mkmk@pstu.ru Описаны результаты исследований парофазного силицирования тонких пластин <...>
Известия_высших_учебных_заведений._Химия_и_химическая_технология_№6_2012.pdf
Т 55 (6)
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
2012
КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ УРАЛЬСКОГО РЕГИОНА ПО ТЕМЕ:
«УЧАСТИЕ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ В ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ, ПОИСКОВЫХ
И ПРИКЛАДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ПО СОЗДАНИЮ НОВЫХ УГЛЕРОДНЫХ
И НАНОУГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ»
Конференция молодых ученых Уральского
региона на тему: «Участие молодых ученых в фундаментальных,
поисковых и прикладных исследованиях
по созданию новых углеродных и наноуглеродных
материалов» была организована Общероссийской
общественной организацией специалистов
в области углерода и углеродных материалов
«Углеродное общество» (УгО), Научным центром
порошкового материаловедения Пермского
государственного технологического университета,
Федеральным государственным бюджетным научным
учреждением «Технологический институт
сверхтвердых и новых углеродных материалов»
(ФГБНУ ТИСНУМ) и ОАО «НИИграфит» и проведена
в соответствии с программой конференции
в г. Пермь 6-7 октября 2011 г.
В работе конференции приняли участие 34
представителя Уральского, Сибирского и Московского
регионов России.
На конференции 23 доклада сделаны моведулодыми
учеными, 3 пленарных доклада
щими специалистами «Углеродного общества», а
также были выступления, посвященные проблемам
производства на заводе «СИЛУР».
Проведенная конференция показала высокую
заинтересованность молодых ученых в обмене
мнениями с коллегами и с ведущими специалистами.
По
ходу проведения конференции внимательно
рассматривались вопросы, замечания и
предложения выступавших. В Решении Конференции
были отмечены доклады молодых ученых
«Новые направления в технологии изготовления
герметичных изделий из КМ» (Бутузов С.Е.),
«Поиск подходов к синтезу волокнистого депозита
на основе углеродных нанотрубок методом газофазного
осаждения» (Хасков М.А.), «Технологические
характеристики углеродных порошков
на основе углеродных наноторубок и связующих
различной природы» (Данилов Е.А.), «Наноструктурирование
поверхности углеродных волокон
для создания композиционных материалов с
улучшенными сдвиговыми характеристиками»
(Толбин А.Ю.).
В ходе работы конференции были отобраны
статьи для публикации, которые предлагаются
вашему вниманию на страницах этого выпускажурнала.
Президент
Общероссийской общественной
организацией специалистов в области углерода
и углеродных материалов «Углеродное общество»
В.Д. Бланк
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2012 том 55 вып. 6
3
Стр.1
Т 55 (6)
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
2012
УДК 538.975
А.Г. Квашнин, П.Б. Сорокин
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ В СВЕРХТОНКИХ АЛМАЗАХ
(Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов)
e-mail: agkvashnin@gmail.com, pbsorokin@gmail.com
Исследована атомная структура и физические свойства алмазных пленок нанометровой
толщины с поверхностью (111). С использованием метода теории функционала
электронной плотности исследована стабильность пленок с чистой поверхностью и
с поверхностью, пассивированной атомами водорода. Изучен процесс фазового превращения
«многослойный графен – алмазная пленка». Рассчитано давление фазового перехода
в зависимости от толщины структуры. Полученные результаты находятся в хорошем
соответствии с экспериментальными данными.
Ключевые слова: DFT, графен, диаман, фазовые переходы
Двумерный материал графен привлек к себе
внимание задолго до его экспериментального
получения: первое теоретическое изучение графена
было датировано 1946 годом, когда впервые
была изучена его зонная структура [1]. Успешные
эксперименты по получению графена, проведенные
в 2004 г. [2], дали начало комплексному исследованию
этого материала. Баллистическая
проводимость, псевдохиральная дираковская природа
носителей заряда, аномальный эффект Холла
[3] позволили графену стать одним из самых перспективных
материалов для применения в нанотехнологии.
Частичное
гидрирование графена увеличило
количество возможных применений его в
наноэлектронике. Регулярная адсорбция водорода
изменяет электронную структуру графена, открывая
запрещенную зону, зависящую от расстояния
между гидрированными участками на графене [48].
Полное гидрирование графена меняет природу
электронных состояний из-за изменения sp2 гибридизации
орбиталей атома C на sp3 и открывает
диэлектрическую запрещенную зону в полученном
материале, который был назван графаном
[9,10]. Вскоре теоретическое предсказание было
подтверждено в эксперименте [11].
Графан можно назвать первым представителем
семейства сверхтонких алмазных пленок
(диаманов) с sp3-связями, состоящих из конечного
количества <111> - ориентированных углеродных
4
слоев, проявляющих уникальные физические
свойства. Изначально структура диамана была
предложена Л.А. Чернозатонским и др. в 2009 г.
[12].
Последовательное изучение графена, графана
и предложенных диаманов может быть рассмотрено
как подход «снизу-вверх», в котором
конечный материал (диаман) собирается из более
мелких элементов (графенов). Такой подход противоположен
стандартному подходу «сверхувниз»
применяемому в настоящее время. Основной
целью данной работы является изучение энергетической
стабильности и фазовых переходов из
многослойного графена в диаман.
Атомная структура диаманов, представляющая
собой ковалентно-связанную стопку графеновых
слоев с различным их количеством, изображена
на рис. 1. Изменение типа упаковки приводит
к возможности получения различных политипов
диамановых структур. Таким образом, диаманы
могут быть классифицированы как D(ijk…l),
где индексы i, j, k, l обозначают тип смещения
атомных плоскостей. Каждый из этих индексов
может быть равен A, B или C. Например, двух- и
трехслойные диаманы с алмазными типами упаковки
(ABCABC…) обозначаются как D(AB) и
D(ABC), соответственно. Двух- и трехслойные
диаманы с лонсдейлитовой упаковкой типа
(AAA…) обозначаются как D(AA) и D(AAA) соответственно.
ХИМИЯ
И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2012 том 55 вып. 6
Стр.2
Рис. 1. Атомная структура диаманов с гидрированной поверхностью с различным количеством слоев, и соответствующие им
атомные структуры многослойных графенов. D(AB), D(ABC), D(ABCA), D(ABCAB) – двух, трех, четырех и пятислойные диаманы
с упаковкой типа ABC
Fig. 1. Atomic structure of diamanes with hydrogenated surface with different number of layers and corresponding to them atomic
structures of multilayer graphenes. D(AB), D(ABC), D(ABCA), D(ABCAB) – two, three, four and five layer diamanes with ABC type
packing
С помощью первопринципных методов
теории функционала электронной плотности была
исследована стабильность диаманов с гидрированной
и чистой поверхностями. Расчеты были
проведены с помощью программного пакета
Quantum ESPRESSO13 в приближении локальной
электронной плотности с использованием ультрамягкого
псевдопотенциала Вандербильта [14].
Были исследованы диаманы как с чистой поверхностью,
так и с поверхностью, пассивированной
атомами водорода. Найдено, что в стабильности
сверхтонких алмазных пленок определяющую
роль играют поверхностные эффекты. Так, отсутствие
пассивирующего слоя в диаманах D(AB),
D(ABC), D(ABCA) приводит к расслоению структур
и трансформации их в многослойный графен.
Данный результат связан с эффектом графитизации,
обусловленной, в свою очередь, энергетической
выгодностью графита по сравнению с алмазом.
Так, было получено, что в углеродных алмазных
нанокластерах поверхность (111) трансформируется
в графеноподобную структуру [15]. С
другой стороны, многослойный графен с адсорбированными
атомами водорода на поверхности
может безбарьерно переходить в сверхтонкую алмазную
пленку, что объясняется повышением химической
активности атомов углерода поверхности
из-за изменения их гибридизации с sp2 на sp3.
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2012 том 55 вып. 6
5
Стр.3