Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Аморфный углерод - это свободный реактивный углерод, не имеющий кристаллической структуры . Аморфные углеродные материалы можно стабилизировать, разорвав оборванные π-связи с водородом . Как и в случае с другими аморфными твердыми телами , может наблюдаться некоторый ближний порядок. Аморфный углерод часто сокращается до aC для общего аморфного углерода, aC: H или HAC для гидрированного аморфного углерода или до ta-C для тетраэдрического аморфного углерода (также называемого алмазоподобным углеродом ). [1]

В минералогии [ править ]

В минералогии аморфный углерод - это название, используемое для обозначения угля , углерода карбидного происхождения и других нечистых форм углерода, которые не являются ни графитом, ни алмазом. Однако в кристаллографическом смысле материалы не являются действительно аморфными, а скорее поликристаллическими материалами из графита или алмаза [2] в аморфной углеродной матрице . Коммерческий углерод также обычно содержит значительные количества других элементов, которые также могут образовывать кристаллические примеси.

В современной науке [ править ]

С развитием современных методов осаждения и выращивания тонких пленок во второй половине 20-го века, таких как химическое осаждение из газовой фазы , напыление и катодно-дуговое осаждение , стало возможным изготавливать действительно аморфные углеродные материалы.

Истинный аморфный углерод имеет локализованные π-электроны (в отличие от ароматических π-связей в графите), и его связи образуются с длиной и расстоянием, несовместимыми с любым другим аллотропом углерода . Он также содержит высокую концентрацию оборванных связей; они вызывают отклонения в межатомном расстоянии (измеренном с помощью дифракции ) более чем на 5%, а также заметное изменение валентного угла. [2]

Свойства пленок из аморфного углерода меняются в зависимости от параметров, используемых во время осаждения. Первичный метод определения характеристик аморфного углерода заключается в соотношении гибридизированных связей sp 2 и sp 3, присутствующих в материале. Графит состоит исключительно из гибридизованных связей sp 2 , тогда как алмаз состоит исключительно из гибридизированных связей sp 3 . Материалы с высоким содержанием sp 3- гибридизированных связей называются тетраэдрическим аморфным углеродом из-за тетраэдрической формы, образованной sp 3- гибридизированными связями, или алмазоподобным углеродом (из-за сходства многих физических свойств со свойствами алмаза).

Экспериментально отношения sp 2 к sp 3 могут быть определены путем сравнения относительных интенсивностей различных спектроскопических пиков (включая EELS , XPS и рамановскую спектроскопию ) с ожидаемыми для графита или алмаза. В теоретических работах отношения sp 2 к sp 3 часто получают путем подсчета количества атомов углерода с тремя связанными соседями по сравнению с атомами с четырьмя связанными соседями. (Этот метод требует выбора несколько произвольной метрики для определения того, считаются ли соседние атомы связанными или нет, и поэтому используется просто как указатель относительного sp 2 -sp 3 соотношение.)

Хотя может показаться, что характеристика аморфных углеродных материалов соотношением sp 2 -sp 3 указывает на одномерный диапазон свойств между графитом и алмазом, это определенно не так. В настоящее время продолжаются исследования способов описания и расширения диапазона свойств, предлагаемых аморфными углеродными материалами.

Все практические формы гидрогенизированного углерода (например, дым, дымовая сажа, добытый уголь, такой как битум и антрацит) содержат большие количества полициклических ароматических углеводородных смол и поэтому почти наверняка являются канцерогенными.

Q-carbon [ править ]

Q-углерод , короткий для погашенного углерода, как утверждает, тип аморфного углерода , который является ферромагнитным , электропроводящим , труднее , чем алмаз , [3] и в состоянии проявляет высокотемпературную сверхпроводимость . [4] [5] [6] [7] Исследовательская группа во главе с профессором Джагдишем Нараяном и аспирантом Анаг Бхаумик из Университета штата Северная Каролина объявила об открытии Q-углерода в 2015 году. [4] [6] [8] [ 9] [10] [11] [12]Они опубликовали множество статей по синтезу и характеристике Q-углерода, но по состоянию на конец 2020 года нет независимого экспериментального подтверждения этого вещества и его свойств.

По словам исследователей, Q-углерод демонстрирует случайную аморфную структуру, которая представляет собой смесь трехстороннего (sp 2 ) и четырехстороннего (sp 3 ) связывания , а не однородного sp 3 связывания, которое встречается в алмазах. [13] [14] Углерод плавится с использованием наносекундных лазерных импульсов, затем быстро гасится с образованием Q-углерода или смеси Q-углерода и алмаза. Q-углерод может иметь множество форм, от наноигл до алмазных пленок большой площади. Исследователи также сообщили о создании азотно-вакансионных наноалмазов [15] и Q- нитрида бора.(Q-BN), а также превращение углерода в алмаз и h-BN в c-BN [16] при температуре окружающей среды и давлении воздуха. [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] Группа получила патенты на q-материалы и намеревалась их коммерциализировать. [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31]

В 2018 году команда из Техасского университета в Остине использовала моделирование, чтобы предложить теоретические объяснения заявленных свойств Q-углерода, включая рекордную высокотемпературную сверхпроводимость, ферромагнетизм и твердость. [32] [33] Однако их модели не были проверены другими исследователями.

См. Также [ править ]

  • Стекловидный углерод
  • Алмазоподобный углерод
  • Черный карбон
  • Сажа
  • Углерод

Ссылки [ править ]

  1. ^ Робертсон, Дж. (1986). «Аморфный углерод». Успехи физики . 35 (4): 317–374. Bibcode : 1986AdPhy..35..317R . DOI : 10.1080 / 00018738600101911 .
  2. ^ a b ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « Алмазоподобные углеродные пленки ». DOI : 10,1351 / goldbook.D01673
  3. ^ Нараян, Джагдиш; Гупта, Сиддхартх; Бхаумик, Анах; Сахан, Ритеш; Челлини, Филиппо; Риедо, Элиза (2018). «Q-углерод тверже алмаза». MRS Communications . 8 (2): 428–436. DOI : 10.1557 / mrc.2018.35 . ISSN 2159-6859 . 
  4. ^ а б Нараян, Джагдиш; Бхаумик, Ана (2015-12-07). «Новая фаза углерода, ферромагнетизм и превращение в алмаз». Журнал прикладной физики . 118 (21): 215303. Bibcode : 2015JAP ... 118u5303N . DOI : 10.1063 / 1.4936595 . ISSN 0021-8979 . 
  5. ^ Roston, Бретань (30 ноября 2015). «Исследователи создают алмаз при комнатной температуре» . Проверено 22 сентября 2019 года .
  6. ^ a b Бромвич, Джона (2015-12-03). «Новое вещество тверже алмаза, - говорят ученые» . Нью-Йорк Таймс . ISSN 0362-4331 . Проверено 22 сентября 2019 года . 
  7. ^ Бен Брамфилд. «Q-карбон тверже, ярче алмазов» . CNN . Проверено 22 сентября 2019 года .
  8. ^ Кроуэлл, Мэдди (2015-12-03). «Замена алмазов? Ученые открывают Q-углерод» . Монитор христианской науки . ISSN 0882-7729 . Проверено 22 сентября 2019 года . 
  9. ↑ Вей-Хаас, Майя. «Странный новый тип углерода тверже (и ярче), чем алмаз» . Проверено 22 сентября 2019 года .
  10. ^ Мак, Эрик. «Ученые создают новый вид алмаза при комнатной температуре» . Проверено 22 сентября 2019 года .
  11. ^ «Q-углерод: новая фаза углерода, настолько твердая, что при плавлении образует алмазы» . newatlas.com . Проверено 22 сентября 2019 года .
  12. ^ «Исследователи находят новую фазу углерода, делают алмаз при комнатной температуре» . Проверено 22 сентября 2019 года .
  13. ^ «Q-углерод тверже алмаза, его невероятно просто сделать | ExtremeTech» . ExtremeTech . Проверено 22 сентября 2019 года .
  14. ^ «Исследователи находят новую фазу углерода, делают алмаз при комнатной температуре» . news.ncsu.edu . Проверено 22 сентября 2019 года .
  15. ^ Нараян, Джагдиш; Бхаумик, Анаг (2 ноября 2016 г.). «Новый синтез и свойства чистых и легированных NV наноалмазов и других наноструктур» . Письма о материаловедении . 5 (4): 242–250. DOI : 10.1080 / 21663831.2016.1249805 . ISSN 2166-3831 . 
  16. ^ Нараян, Джагдиш; Бхаумик, Анах (февраль 2016 г.). «Новости исследования: прямое преобразование h-BN в чистый c-BN при температуре окружающей среды и давлении воздуха» . Материалы APL . 4 (2): 020701. DOI : 10,1063 / 1,4941095 . ISSN 2166-532X . 
  17. ^ Нараян, Джагдиш; Бхаумик, Анах; Гупта, Сиддхартх; Хак, Арифул; Сахан, Ритеш (2018-04-06). «Прогресс в области Q-углерода и родственных материалов с исключительными свойствами» . Письма о материаловедении . 6 (7): 353–364. DOI : 10.1080 / 21663831.2018.1458753 . ISSN 2166-3831 . 
  18. ^ Нараян Джагдиш (2015). «Новости исследования: прямое преобразование аморфного углерода в алмаз при атмосферном давлении и температуре воздуха» . Материалы APL . 3 : 100702. DOI : 10,1063 / 1,4932622 .
  19. ^ Нараян, Джагдиш; Бхаумик, Анаг (2016). «Новости исследования: прямое преобразование h-BN в чистый c-BN при температуре окружающей среды и давлении воздуха» . Материалы APL . 4 : 020701. DOI : 10,1063 / 1,4941095 .
  20. ^ Нараян Джагдиш (2015). «Новая фаза углерода, ферромагнетизм и превращение в алмаз». J. Appl. Phys . 118 : 215303. Bibcode : 2015JAP ... 118u5303N . DOI : 10.1063 / 1.4936595 .
  21. ^ Автор (2016). «Прямое преобразование h-BN в c-BN и формирование эпитаксиальных гетероструктур c-BN / алмаз». J. Appl. Phys . 119 : 185302. DOI : 10,1063 / 1,4948688 .
  22. ^ Материалы Res. Письма . 2016 DOI : 10,1080 / 21663931.2015.1126865 . Отсутствует или пусто |title=( справка )
  23. ^ Современные материалы и процессы . 174 : 24. 2016. Отсутствует или пусто |title=( справка )
  24. ^ Нараян, Джагдиш; Бхаумик, Анаг (2016-02-03). «Открытие Q-углерода и формирование монокристаллических алмазных нано- и микроигл и тонких пленок» . Письма о материаловедении . 4 (2): 118–126. DOI : 10.1080 / 21663831.2015.1126865 . ISSN 2166-3831 . 
  25. ^ Гупта, Сиддхартх; Бхаумик, Анах; Сахан, Ритеш; Нараян, Джагдиш (2018-01-03). «Структурная эволюция Q-углерода и наноалмазов». JOM . 70 (4): 450–455. DOI : 10.1007 / s11837-017-2714-у . ISSN 1047-4838 . 
  26. ^ Гупта, Сиддхартх; Сахан, Ритеш; Бхаумик, Анах; Пант, Пунам; Нараян, Джагдиш (июнь 2018 г.). «Переохлаждение вызвало рост Q-углерода, алмаза и графита». MRS Communications . 8 (2): 533–540. DOI : 10.1557 / mrc.2018.76 . ISSN 2159-6859 . 
  27. ^ Бхаумик, Анах; Нараян, Джагдиш (2018-01-03). «Синтез и характеристика закаленных и кристаллических фаз: Q-углерод, Q-BN, алмаз и фазово-чистый c-BN». JOM . 70 (4): 456–463. DOI : 10.1007 / s11837-017-2712-0 . ISSN 1047-4838 . 
  28. ^ Нараян, Джагдиш; Бхаумик, Анаг (2016). «Открытие Q-BN и прямое превращение h-BN в c-BN и формирование эпитаксиальных гетероструктур c-BN / алмаз». MRS Advances . 1 (37): 2573–2584. DOI : 10.1557 / adv.2016.472 . ISSN 2059-8521 . 
  29. ^ Нараян, Джагдиш; Бхаумик, Анаг (2016). «Открытие Q-BN и прямое превращение h-BN в c-BN и формирование эпитаксиальных гетероструктур c-BN / алмаз». MRS Advances . 1 (37): 2573–2584. DOI : 10.1557 / adv.2016.472 . ISSN 2059-8521 . 
  30. ^ Нараян, Джагдиш; Бхаумик, Анах; Сюй, Вэйцзун (2016-05-14). «Прямое преобразование h-BN в c-BN и формирование эпитаксиальных гетероструктур c-BN / алмаз». Журнал прикладной физики . 119 (18): 185302. DOI : 10,1063 / 1,4948688 . ISSN 0021-8979 . 
  31. ^ Нараян, Джагдиш; Бхаумик, Анаг (2017), «Фундаментальное открытие Q-фаз и прямое превращение углерода в алмаз и h-BN в c-BN», « Механическое поведение и поведение при ползучести современных материалов» , Springer International Publishing, стр. 219–228, doi : 10.1007 / 978-3-319-51097-2_17 , ISBN 9783319510965
  32. ^ Сакаи, Юки; Chelikowsky, James R .; Коэн, Марвин Л. (01.02.2018). «Моделирование эффекта легирования бором в сверхпроводящем углероде». Physical Review B . 97 (5): 054501. arXiv : 1709.07125 . Bibcode : 2018PhRvB..97e4501S . DOI : 10.1103 / PhysRevB.97.054501 .
  33. ^ Сакаи, Юки; Chelikowsky, James R .; Коэн, Марвин Л. (13.07.2018). «Магнетизм в аморфном углероде». Материалы физического обзора . 2 (7): 074403. arXiv : 1803.11336 . DOI : 10.1103 / PhysRevMaterials.2.074403 .