Рентгенографические исследования и построение моделей структуры ряда углеродных материалов

• Автор: Логинов, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 167 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1Л. Современные представления о структуре шунгита, стеклоуглерода и антрацита

1.2. Нанопористый углерод

1.3. Углеродные наноструктуры, полученные в присутствии,

катализаторов

1.4. Структура фуллерита Сй

1.5. Структура фуллерита С

Глава 2. Методика эксперимента и обработки экспериментальных данных

2.1. Методика приготовления образцов

2.2. Методика обработки данных для аморфных материалов
2.3. Расчет распределения интенсивности рассеяния атомными кластерами
2.4. Описание методики построения модели искаженных
конфигураций
2.5. Моделирование с использованием программы HyperChem 8.
2.6. Программа DASH
2.7. Полнопрофильный анализ
Глава 3. Результаты исследования углеродных материалов природного и синтетического происхождения
3.1. Результаты анализа ближнего упорядочения в углеродных
аморфных материалах
3.1.1. Характеристики ближнего порядка шунгита, стеклоуглерода, антрацита
3.1.2. Компьютерное моделирование областей ближнего упорядочения шунгита, стеклоуглерода и антрацита
3.1.2.1. Шунгит
3.1.2.2. Стеклоуглерод
3.1.2.3. Антрацит
3.1.3. Сравнение координационных чисел, рассчитанных для моделей и эксперимента
3.2. Исследования структуры нанопористого углерода, полученного из

карбидов кремния и титана
3.2.1. Нанопористый углерод, полученный из карбида кремния (ЭЮ)
3.2.2. Нанопористый углерод, полученный из карбида титана (ПС)
3.2.3. Компьютерное моделирование строения областей-, ближнего 106 упорядочения нанопористого углерода, полученного из БЮ и ПС
3.2.3.1. Нанопористый углерод, полученный из БЮ 106 *
3.2.3.2. Нанопористый углерод, полученный из ПС 1Ю
3.2.4. Сравнение координационных чисел рассчитанных для кластеров, 116 описывающих структуры НПУ из ПС и с экспериментом.
Глава 4. Исследование углеродных нанотканей, полученных в 11В присутствии различных катализаторов
4.1. Фазовый анализ углеродных нанотканей, полученных в 118 присутствии катализаторов
4.2. Анализ диффузной составляющей рентгенограмм углеродных 123 нанотканей
Глава 5. Рентгенографические исследования углеродного порошка с 127 содержанием графена
5.1. Характеристики ближнего порядка углеродного порошка
5.2. Компьютерное моделирование строения областей ближнего 130 упорядочения углеродного порошка
Глава 6. Рентгенографические исследования фуллеритов С60 и С70
6.1. Результаты полнопрофильного анализа рентгенограмм образцов Сбо
6.2*. Рентгенографические исследования фуллерита С70 на разных 141 стадиях очистки
6.3. Полнопрофильный анализ рентгенограммы фуллерита С70 ^
6.4. Анализ диффузного фона на рентгенограммах фуллеритов С6о и С70
6.4.1. Анализ диффузного фона на рентгенограммах фуллеритов Сбо
6.4.2. Анализ диффузного фона на рентгенограммах фуллеритов С70
Заключение
Список использованной литературы

Введение
Актуальность темы
Открытие новых аллотропных модификаций углерода стимулировало рост интереса к углеродным материалам, таким как шунгит, антрацит, стеклоуглерод, фуллерены и нанотрубки, зарождающиеся в результате процессов самоорганизации при распылении графита или при воздействии на матрицу аморфного углерода пучком электронов.
Углеродные материалы различного происхождения (природные и синтезированные) находят широкое применение в современных высоких технологиях в различных областях электротехники, приборостроения, атомной и космической' промышленности. Наличие примесей, неоднородностей в углеродных материалах сказывается на изменении структуры и, как следствие, на изменении физико-химических свойств. Поэтому важным моментом является* определение их структурных особенностей, степени упорядоченности и однородности.
• Углерод оказался одним из первых материалов, из которого были получены разнообразные нанокрисгаллические объекты. Богатую информацию об этих объектах дают метод электронной микроскопии высокого разрешения, дифракция. электронов, различные спектроскопические методы. Однако важнейшим методом установления атомной структуры остается рентгеновский дифракционный метод [1]. Рентгенография позволяет установить не только такие характеристики нанокристаллов, как размер кристаллических блоков, степень искажения! кристаллической структуры, но и способы стыковки кристаллических блоков, т.е. собственно наноструктуру [1].
Многие углеродные материалы как природного, так и синтезированного происхождения характеризуются диффузными картинами рассеяния. Применение методов компьютерного моделирования* позволяет воссоздать пространственное расположение атомов углерода в области ближнего упорядочения. Критерием достоверности построенных моделей должно быть

Функции парного взаимодействия, рассчитанные для указанных выше образцов, представлены на рис. 21.
г (А)
Рис. 21. Функции парного взаимодействия образцов НПУ, полученных при различных температурах [32].
Образцы НПУ, полученные при температурах 800 и 1200°С, имеют более упорядоченную структур, чем НПУ, полученные при температуре 400°С. Увеличение температуры выше 1200°С приводит к полному упорядочению слоев, и модель начинает напоминать графитоподобные кластеры. Проведенное моделирование [32] свидетельствует о том, что модель описывающая данный НПУ, образована как из плоских, так и из изогнутых графитовых слоев. Расчет для модели показал, что первые три радиуса координационных сфер составили 1.41, 2.47, 2.85А. Первое координационное число составило 2.6±0.15, второе — 5.7±0.15.
Модель процесса перехода от сильного разупорядочения атомов в графитоподобных слоях (Р4) к изогнутым графеновым слоям с дефектами типа вакансий (Р8) и к идеальным графеновым слоям показана на рис. 22.