WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

7. Механизм фазового перехода Термический отжиг в образцах ”сухого” и ”водного” алмаз–графит синтеза приводит к совершенствованию среднего порядка при Tann > 1400 K, проявляющемуся в дополниПриведенное выше рассмотрение позволяет опредетельном гало при 2 = 35. В [34] было показано, лить структуру кластеров УДА и описать механизм что по гало на дифрактограмме аморфных и кристалфазового перехода.

лических веществ можно оценить степень ближнего и Анализ спектров КРС и рентгеновских дифрактограмм среднего порядка, а также его изменение при различных приводит к заключению о том, что УДА, изготовленный внешних воздействиях. Согласно [34], положение гало, методом ”сухого” или ”водного” синтеза, представляет определяемое его волновым вектором q = 4 sin()/, собой кластерный материал, обладающий кристалличепо формуле Эренфеста можно связать с расстояниями ской структурой алмаза с характерным размером наномежду ближайшими соседями, т. е. определить, какой кристаллов около 43.

координационной сферой определяется это рассеяние.

Узкий диапазон размеров нанокластеров УДА Более детальное рассмотрение дифракционной кривой (40–50 ) наблюдался неоднократно [7–9]. Можно в диапазоне углов 2 = 1-40 для образца ”сухого” синтеза после отжига (рис. 6) позволяет заметить, что предположить, что причиной этого является то, ее форма хорошо описывается суперпозицией максиму- что при малых размерах нанокластеров алмаз, а мов, соответствующих рассеянию на координационных не графит является термодинамически стабильной сферах ароматической молекулы с волновыми векторами формой. Это предположение подтверждается недавно q, принимающими различные значения [35]. Поскольку опубликованными численными расчетами [36].

такая тонкая структура появляется только в резуль- Наблюдение в спектрах КРС особенностей, совпадатате отжига, можно утверждать, что отжиг приводит ющих с максимумами в функции плотности фононных к упорядочению фрагментов, обладающих единичным состояний алмаза и графита, указывает на присутствие в элементом рассеяния в виде ароматической молекулы. этом материале незначительного количества аморфного Физика твердого тела, 1997, том 39, № Фазовый переход алмаз–графит в кластерах ультрадисперсного алмаза алмаза и графита. Поскольку кластеры УДА, как и другие ку в процессе синтеза P-T -параметры проходят через ультрадисперсные материалы, существуют только в виде область кинетической нестабильности алмаза. Действиагрегатов [37], аморфная фаза, по-видимому, располага- тельно, после прохождения детонационной волны давлеется внутри агрегатов на поверхности алмазных ядер.

ние резко падает. При этом P-T-параметры оказываются Наличие аморфной фазы подтверждается также данны- в области, где алмаз термодинамически нестабилен, а ми рентгеновской дифрактометрии, которые позволяют температура еще достаточно высока для сохранения оценить характерные размеры частиц — около 15.

высокой подвижности атомов углерода, обеспечивающей Неизменность положения максимума при 1322 cm-1, процесс перехода полученного алмаза в графит. При регистрируемого в спектрах КРС вплоть до дальнейшем охлаждении продуктов синтеза температуTann = 1000 K, указывает на отсутствие каких-либо ра снижается до величины, соответствующей области существенных изменений, происходящих со структурой кинетической стабильности алмаза. Чем выше скорость алмазного ядра при таких температурах отжига. Это охлаждения, тем меньшее время продукт детонационноподтверждается анализом рентгеновской дифракции, го синтеза находится в области кинетической нестабилькоторый показывает, что зарождение графитовой фазы ности алмаза и соответственно тем меньше вероятность наблюдается только при Tann > 1200 K.

обратного фазового перехода алмаз–графит в процессе Структурный фазовый переход алмаз–графит при отсинтеза.

жиге в инертной атмосфере начинается с поверхности Приведенное рассмотрение позволяет понять, почему кластеров. Как следует из анализа данных рентгеновдоля углеродных структур малого размера в образцах ской дифрактометрии, графитовая фаза зарождается в ”сухого” синтеза существенно выше. Можно связать виде набора эквидистантных графитовых нанопластиобразование этих структур с процессом перехода обланок с характерным размером менее 40, причем при сти кинетической нестабильности алмаза и полагать, Tann > 1200 K образование этой фазы идет в основном что эти структуры, ответственные за интенсивное гало за счет алмазного ядра.

на дифракционной кривой при 2 = 17 в образцах Найденная температура начала фазового перехода Tpt ”сухого” синтеза, представляют собой упорядоченные хорошо коррелирует с данным электронной микроскоуглеродные sp2-фрагменты, которые образуются на попии [23], согласно которым только после температуры верхности алмазных нанокластеров. В образцах УДА T = 1300 K начинается уменьшение размеров ядра нано”водного” синтеза, где скорость прохода области кинекристаллического алмаза, сопровождающееся переходом тической нестабильности существенно выше, доля таких в луковичную форму углерода. Появление резкой осоsp2-фрагментов существенно меньше.

бенности на частоте 1575 cm-1 в спектре КРС, которая отчетливо регистрируется при T = 1400 K и интер- Авторы благодарны С.П. Вуль за проведение отжига претируется нами как проявление луковичной формы образцов УДА и полезные обсуждения, И.Н. Гончарууглерода, подтверждает правильность определения Tpt.

ку за большую помощь в измерениях спектров КРС, Отметим, что начало фазового перехода алмаз–графит А.Т. Дидейкину за плодотворные дискуссии, В.В. Леманаблюдается в УДА при существенно более низких нову за доброжелательную критику и ценные советы.

температурах, чем в объемных монокристаллах алмаза, Работа поддержана Российским фондом фундаменгде Tpt > 1900 K [38]. Такое уменьшение температуры тальных исследований (проект № 96-02-19445).

фазовых переходов, например температуры плавления, наблюдалось в металлических кластерах [39].

Параллельно с образованием графитовой фазы на Список литературы алмазном ядре кластера при Tann > 720 K происходит упорядочение sp2-фрагментов, присутствующих в [1] Ю.И. Петров. Кластеры и малые частицы. Наука, М.

исходном УДА. Эта sp2-координированная кристал(1986).

лизация происходит вне кристаллического ядра алма- [2] Clusters of Atoms and Molecules. Springer Series Chemical Physics / Ed. H. Haberland (1994). V. 52, 56. Pt I, II.

за и является отражением изменений, происходящих в [3] А.И. Лямкин, Е.А. Петров, А.П. Ершов, Г.В. Сакович, аморфном sp2-связанном углероде. Она отражается в А.М. Ставер, В.М. Титов. ДАН 302, 611 (1988).

росте интенсивности полос в спектрах КРС в районе [4] J.W. Ager III, D. Veirs, G. Rosenblat. Phys. Rev. B43, 1350 и 1600 cm-1 и в появлении тонкой структуры на (1991).

дифракционной картине в малых и средних углах при [5] R. Bormett, S. Asher, R. Witowski, W. Partlow, R. Lizewski, Tann > 1300 K.

F. Pettit. J. Appl. Phys. 77, 5916 (1995).

Проанализируем теперь возможные причины, приводя[6] N.R. Greiner, D.S. Phillips, J.D. Johnson, F. Volk. Nature 333, щие к различию состава и механизма фазового перехода 440 (1988).

в образцах ”сухого” и ”водного” синтеза.

[7] M. Yoshikawa, Y. Mori, M. Maegawa, G. Katagiri, H. Ishida, Хорошо известно [40], что определяющим фактором A. Ishtani. Appl. Phys. Lett., 62, 3114 (1993).

при кристаллизации различных форм углерода является [8] V.L. Kuznetsov, M.N. Aleksandrov, I.V. Zagoruiko, кинетика процесса.

A.L. Chuvilin, E.M. Moroz, V.N. Kolomiichuk, Естественно, кинетика охлаждения оказывает сущеV.A. Likholobov, P.M. Brylyakov, G.V. Sakobittch. Carbon ственное влияние и на процесс синтеза УДА, посколь- 29, 665 (1991).

Физика твердого тела, 1997, том 39, № 1134 А.Е. Алексенский, М.В. Байдакова, А.Я. Вуль, В.Ю. Давыдов, Ю.А. Певцова [9] M. Yoshikawa, Y. Mori, H. Obata, M. Maegawa, G. Katagiri, H. Ishida, A. Ishitani. Appl. Phys. Lett. 67, 694 (1995).

[10] A.Ye. Alexensky, M.L. Baidakova, M.E. Boiko, V.Yu. Davydov, A.Ya. Vul’. Proc. of 3rd Int. Conf. on the Applications of Diamond Films and Related Materials. Maryland, USA (August 21–24 1995).

[11] F.P. Bundy. Physica A156, 169 (1989).

[12] А.М. Ставер, Н.В. Губарева, А.И. Лямкин, Е.А. Петров.

Физика горения и взрыва 20, 100 (1984).

[13] В.В. Даниленко. Термодинамика и кинетика ударноволнового синтеза алмаза. Сборник докл. V Всесоюз. совещ. по детонации. Красноярск (5–12 августа 1991). Т. 1. С. 145.

[14] M. Yoshikawa, N. Nagai, M. Matsuki, H. Fukuda, G. Katagiri, H. Ishida, A. Ishitani. Phys. Rev. B46, 7169 (1992).

[15] F. Tuinstra, J.L. Koenig. J. Chem. Phys. 53, 1126 (1970).

[16] R. Al-Jishi, G. Dresselhaus. Phys. Rev. B26, 4514 (1982).

[17] P. Pavone, K. Karch, O. Schtt, W. Windl, D. Strauch, P. Giannozzi, S. Baroni. Phys. Rev. B48, 3156 (1993).

[18] D. Beeman, J. Silverman, R. Lynds, M.R. Anderson. Phys.

Rev. B30, 870 (1984).

[19] J. Robertson. Adv. Phys. 35, 317 (1986).

[20] E.D. Obraztsova, K.G. Korotushenko, S.M. Pimenov, V.G. Ralchenko, A.A. Smolin, V.I. Konov, E.N. Loubnin.

Nanostruct. Mater. 6, 827 (1995).

[21] K. Nakamura, M. Fujitsuka, M. Kitajima. Phys. Rev. B41, 12260 (1990).

[22] W.S. Bacsa, W.A. de Heer, D. Ugarte, A. Chatelain. Chem.

Phys. Lett. 211, 346 (1993).

[23] V.L. Kuznetzov, A.L. Chuvilin, Yu.V. Butenko, I.Yu. Mal’kov, A.K. Gutakovskii, S.V. Stankus, R. Kharulin. Mat. Res. Soc.

Symp. Proc. 359, 105 (1995).

[24] M.V. Baidakova, N.N. Faleev, T.F. Mazets, E.A. Smorgonskaya.

J. Non-Cryst. Sol. 192–193, 149 (1995).

[25] A. Guinier. In: Solid State Physics Acad. Press, N. Y.–London (1959). V. 9.

[26] Ю.А. Багаряцкий. Кристаллография 3, 570 (1958).

[27] Ю.А. Багаряцкий. Кристаллография 3, 579 (1958).

[28] М.А. Кривоглаз. Теория рассеяния рентгеновских лучей и тепловых нейтронов реальными кристаллами. Наука, М.

(1967).

[29] W.R.L. Lambbrecht, C.H. Lee, B. Segall, J.C. Angus, Z. Li, M. Sunkara. Nature 364, 607 (1993).

[30] Z. Li, L. Wang, T. Suzuki, A. Argoitia, P. Pirouz, J.C. Angus.

J. Appl. Phys. 73, 711 (1993).

[31] R. Franklin. Acta Cryst. 3, 107 (1950).

[32] D. Ugarte. MRS Bulletin, November, 39 (1994).

[33] H.W. Kroto, J.P. Hare, A. Sarkar, K. Hsu, M. Terrones, J.R. Abeysinghe. MRS Bulletin, November, 51 (1994).

[34] Ю.И. Созин. Сборник докл. V Всесоюз. совещ. по детонации. Красноярск (5–12 августа 1991). Т. 2. С. 259.

[35] В.Г. Нагорный, Д.К. Хакимова, Н.Н. Деев. Кристаллография 20, 900 (1975).

[36] M. Gamarnik. Phys. Rev. B54, 2150 (1996).

[37] Г.В. Сакович, В.Д. Губаревич, Ф.З. Бадаев, П.М. Брыляков, О.А. Беседина. ДАН 310, 402 (1990).

[38] H. Herchen, M.A. Cappelli. Phys. Rev. B43, 11740 (1991).

[39] Э.Л. Нагаев. УФН. 162, 49 (1992).

[40] О.И. Лейпунский. Успехи химии 8, 1519 (1939).

Физика твердого тела, 1997, том 39, №

Pages:     | 1 | 2 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.