Формирование, строение, свойства замкнутых частиц углерода и структур на их основе

• Автор: Берёзкин, Владимир Иванович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 334 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. Конденсированные структуры элементарного углерода

2. Обоснование предлагаемого исследования и его общая характеристика

ГЛАВА 1. СТРУКТУРА И ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ

ЗАМКНУТЫХ ЧАСТИЦ УГЛЕРОДА

1. Строение частиц, их зарождение и рост (обзорно-аналитическая часть)

1.1 .Явление сажеобразования как источник замкнутых частиц

углерода

1.2. Технология сажи как промышленного сырья

1.3. Научная проблема образования дисперсного твердого углерода
в виде сажи
1.3.1. Современные взгляды на процессы формирования присутствующих в саже замкнутых углеродных частиц
1.3.2. Известные основные подходы для аналитического описания процесса сажеобразования
1.3.3. Известные модели синтеза фуллеренов
1.3.4. Существующие модели строения замкнутых частиц
углерода
1.3.5. Современные данные по исследованию структуры замкнутых углеродных частиц
1.4. Структура замкнутых однослойных и многослойных неуглеродных частиц
1.5. Анализ роли жидкой фазы в процессах образования
малых объектов углерода
1.6. Анализ роли кластеров в сажеобразовании
2. Предлагаемая модель формирования углеродных замкнутых частиц
из фуллереновых ядер и возможные механизмы ее реализации
2.1. Обоснование модели и ее главные особенности

2.2. Теоретические основы описания фуллереновой модели
сажеобразования
2.2.1. Роль дефектов структуры
2.2.2. Зарождение и рост частиц
2.2.3. Роль пересыщения газовой среды
2.2.4. Факторы, влияющие на конечный размер частиц
2.2.5. Механизмы роста и структурная трансформация частиц
2.2.6. Описание формы сажевых частиц
2.2.7. Синтез и эволюция фулпереновых кластеров как зародышей замкнутых частиц углерода
3. О СООТВЕТСТВИИ ПРЕДЛОЖЕННОЙ МОДЕЛИ РЕАЛЬНЫМ ДАННЫМ
3.1. Предложенная модель и закономерности и параметры
сажеобразования и кристаллического роста
3.2. Фуллереновая модель сажеобразования и примеси
3.3. Фуллереновая модель сажеобразования и особенности формирования пиролитического углерода
4. Краткие итоги и выводы
ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ
ФУЛЛЕРЕНОВ НА ИХ СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
1. Известные данные о сорбционных процессах в фуллеренах
2. Исследование явления физической адсорбции в фуллеренах,
ПРОВЕДЕННОЕ В РАМКАХ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ
2.1. Методика экспериментов
2.2. Результаты и обсуждение
2.2.1. Спектры оптического поглощения и хромато-масс-спектры -
2.2.2. Возможные типы ван-дер-ваалъсовых сил притяжения в физических адсорбционных взаимодействиях с участием Сбо
2.2.3. Физическая адсорбция на фуллеренах и дисперсионные силы взаимодействия
2.2.4. Отклик кристаллической решетки С60 на сорбционные процессы
3. Краткие итоги и выводы

ГЛАВА 3. ФИЗИКА НЕУПОРЯДОЧЕННОГО ТВЕРДОГО УГЛЕРОДА
ШУНГИТОВ
1. Известные данные о составе, структуре, механизмах
ФОРМИРОВАНИЯ ШУНГИТОВЫХ ПОРОД
1.1. Что такое шунгиты
1.2. Структура шунгитовых пород
1.3. Элементный состав пород
1.4. Структура твердого углерода шунгитов
1.5. Физико-механические свойства
1.6. Известные взгляды на генезис шунгитовых пород
1.7. Анализ современных концепций происхождения пород
2. Предлагаемая (сажевая) модель происхождения шунгитового углерода
3. Исследованные физические свойства шунгитового углерода как проявление сажевой природы его происхождения
3.1. Температурная стойкость к графитизации
3.1.1. Методика экспериментов
3.1.2. Эксперилгенталъныерезультаты
3.1.3. Обсуждение результатов
3.2. Электропроводность и эффект Холла в шунгитах
3.2.1. Методика экспериментов и полученные результаты
3.2.2. Обсуждение результатов
4. Краткие итоги и выводы
ГЛАВА 4. ТВЕРДОФАЗНЫЙ СИНТЕЗ И ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА
НОВЫХ НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ МАКРОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ ФУЛЛЕРЕНОВ
1. Что известно об агрегатных СОСТОЯНИЯХ ФУЛЛЕРЕНОВ
2. ФУЛЛЕРЕНЫ В ИЗВЕСТНЫХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
2.1. Структурные характеристики молекул и
молекулярных кристаллов фуллеренов
2.2. Полупроводниковые свойства фуллеренов
2.3. Сверхпроводники на основе С^о

Все без исключения модели процесса сажеобразования строятся по одинаковой общей схеме, включающей три этапа: (1) разложение исходного вещества; (2) образование сажевого зародыша; (3) рост зародыша, т.е. формирование сажевых частиц.
По первому этапу разработано довольно много возможных схем разложения различных исходных веществ. Например, для пиролиза н-гексана С6Н14 при температуре 7=819 К кинетическая модель, представленная в [55], предсказывает образование первого ароматического кольца (бензола) после протекания 661 элементарной химической реакции при участии 180 реагентов. Вместе с этим, множество важных деталей первого этапа остается невыясненным и дискуссионным [50] в связи с его высокой сложностью. Второй этап теоретически и экспериментально изучен гораздо слабее из-за отсутствия понимания того, каково устройство зародыша с точки зрения физики, какие его физические качества заставляют сажевую частицу принимать сферическую форму.
Поскольку возникновение ядра является ключевым моментом как явления сажеобразования, так и любого другого фазового перехода типа газ-твердое тело (или жидкость), то неопределенность с зародышем делает непонятным и третий этап формирования сажевых частиц и физику всего явления в целом. В связи со всем этим и структура частиц также остается до сих пор фактически не идентифицированной.
В результате общая ситуация, по мнению специалистов [52], такова: поскольку в настоящее время нет никаких экспериментальных данных о структуре сажевого зародыша, то проблема сажеобразования остается одной из наименее решенных проблем в горении. И это несмотря на то, заметим, что сажеобразование в пламенах изучено на сегодняшний день наиболее полно, если сравнивать с другими процессами, приводящими к формированию дисперсного сажевого углерода.