Формирование углеродных фаз, содержащих SP гибридизированные атомы

• Автор: Мавринский, Виктор Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 155 с. : ил.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ГЛАВА 1. СТРУКТУРА УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ

БР ГИБРИДИЗИРОВАННЫЕ АТОМЫ

1Л. Основные аллотропные модификации углерода

1.1.1. Общие сведения об углероде

1.1.2. Структура и свойства алмаза

1.1.3. Структура и свойства графита

1.1.4. Структура и свойства карбина

1.2. Характеристика карбиноидных материалов

1.2.1. Способы получения карбиноидных материалов

1.2.2. Экспериментальные данные о структуре карбиноидных материалов, полученных различными методами
1.2.3. Структурные модели карбиноидов
1.3.Углеродные фазы из атомов с промежуточной гибридизацией
1.3.1. Материалы с эр-Бр промежуточной гибридизацией

1.3.2. Материалы с ьр -эр промежуточной гибридизацией
1.4. Гибридные углеродные фазы
1.4.1. Гибридные углеродные фазы, состоящие из атомов в состояниях
близких к эр и Бр гибридизированным

1.4.2. Бр-Бр гибридные углеродные фазы
1.4.3. эр^эр3 гибридные углеродные фазы
1.5. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. СТРУКТУРНЫЕ МОДЕЛИ, ОБРАЗЦЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Структурная модель и методика расчета структуры кристаллов
идеального карбина
2.2. Методика расчета структуры графиковых слоев
2.3. Методика расчета трехмерной структуры графиновых фаз
2.4. Методика расчета структуры карбиноалмазов

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ КРИСТАЛЛОВ ИДЕАЛЬНОГО КАРБИНА
ЗЛ. Результаты моделирования структуры кристаллов идеального карбина,
состоящих из полииновых цепочек
3.2. Результаты моделирования структуры кристаллов идеального карбина, состоящих из поликумуленовых цепочек
3.3. Основные результаты и выводы главы
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ КРИСТАЛЛОВ ГРАФИНОВЫХ ФАЗ (БР И БР2 - ГИБРИДИЗАЦИЯ АТОМОВ)
4.1. Анализ возможной структуры слоев графина
4.2. Результаты расчетов слоев различных графиновых фаз
4.3. Результаты расчетов парных взаимодействий графиновых слоев
4.4. Результаты расчетов трехмерных структур графиновых фаз
4.5. Сравнительный анализ структурных и энергетических характеристик графиновых фаз
4.6. Основные результаты и выводы главы
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ КРИСТАЛЛОВ КАРБИНОАЛМАЗОВ (БР И БР3 - ГИБРИДИЗАЦИЯ АТОМОВ)
5.1. Анализ возможных структур, состоящих из эр и Бр3
гибридизированных атомов
5.2. Результаты расчетов параметров структуры карбиноалмазных фаз
5.3. Основные результаты и выводы главы
ГЛАВА 6. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ УГЛЕРОДНЫХ ФАЗ, СОДЕРЖАЩИХ БР ГИБРИДИЗИРОВАННЫЕ АТОМЫ
6.1. Анализ возможной структуры кристаллов идеального карбина
6.2. Анализ структуры кристаллов графиновых фаз
6.3. Анализ структуры карбиноалмазов
6.4. Основные результаты и выводы:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. До середины XX века были известны только две аллотропные формы углерода - алмаз и графит, в которых атомы углерода

находятся в состояниях эр и эр гибридизации соответственно. Однако то, что атом углерода в соединениях может находиться в трех различных гибридизированных состояниях, указывало на возможность существования третьей аллотропной модификации углерода с цепочечной структурой. Впервые искусственный синтез линейной формы углерода попытался осуществить Байер в 1885 году, но его исследования окончились неудачей. На основе проведенных исследований Байер постулировал невозможность существования линейной формы углерода. Тем не менее, в 1960 году советскими учеными Касаточкиным В.И., Сладковым А.М., Кудрявцевым Ю.П. и Коршаком В.В. впервые в мире был экспериментально синтезирован углеродный материал, названный карбином, в которой атомы углерода находятся преимущественно в состоянии Бр-гибридизации. В последующем были экспериментально синтезированы и обнаружены в горных породах около двух десятков других карбиноподобных материалов - карбиноидов: а-и р-карбин, чаоит и несколько форм, не имеющих названий, а просто обозначаемых порядковыми номерами, например СУ1, СУШ-ХП, и другие. Однако все эти материалы нельзя считать линейными аллотропными модификациями углерода в чистом виде, так как в таких материалах имеется большое количество атомов углерода, находящихся в состояниях эр2 или ер3 гибридизации, и атомов примесей. Кроме того, цепочки из эр-гибридизированных атомов не являются линейными из-за существенной деформации. Какова должна быть трехмерная структура идеальных кристаллов карбина и условия его устойчивого существования до сих пор остается неясным. Поэтому фундаментальная задача синтеза кристаллов третьей аллотропной модификации углерода остается все еще не решенной. Для ее решения необходимо детальное теоретическое исследование
Рис. 2.2. Схема расчета полной энергии ван-дер-ваальсовых связей жгутов
Рассчитывались энергии жгутов, цепочки в которых имели хаотическое и периодическое чередование относительных векторов сдвига. Для получения хаотических жгутов, относительные вектора сдвига генерировали методом Монте-Карло. Получали 2x103 таких структур, из них выбирали одну, удельная энергия которых была минимальна. Далее находилась еще более энергетически выгодная структура жгутов, при помощи следующей дополнительной процедуры минимизации энергии. Случайным образом из всего жгута выбиралась цепочка, и ее вектор сдвига варьировался в небольшом интервале (ДБ ~ +0.001-Ю.01с) от исходного, после чего рассчитывалась удельная энергия всего жгута и, в случае ее уменьшения, сохранялось новое значение вектора сдвига для данной цепочки, в противном случае оно оставалось прежним. Данная процедура проводилась для каждой из 1459 цепочек в жгуте 102 раз.
2.2. Методика расчета структуры графиновых слоев.
Для расчета структуры графиновых фаз первоначально была
рассчитана структура отдельных слоев каждой фазы графина. Для этого в начале были построены элементарные ячейки каждого типа графиновых