WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

чае, когда зародыши представляют собой многоатомные объекты, несущие в себе элементы кристаллической 1/структуры кластера, электронные члены в разности 25kDa a t2/5, (14) Ew - E0 сокращаются. Поэтому в выражении для E0 Ew-E16AMmu exp 2kT достаточно учесть члены, определяемые колебательным спектром зародышей, т. е. использовать формулу (8).

9kDa3 1/Для кластеров — твердотельных частиц, проявляющих a t1/3. (15) 4(62n)1/3aMmu фрактальный характер, в соответствии с [29] имеем Формула (14) описывает рост кластеров при малом D/T потоке зародышей, формула (15) соответствует как больEw = M || + 3DkT (T /D)D [xD/ exp x - 1]dx, шому потоку зародышей, так и взаимодействию между кластерами.

Рассмотрим процесс взаимодействия наноалмазов в x = 2 /kT. (10) замкнутой системе. В этом случае зародыши (т. е. наноалЗдесь || kD — энергия основного колебательного мазы) обладают той же кристаллической структурой, что состояния решетки (энергия ”нулевых” колебаний), D — и частицы, образующиеся при их коалесценции. Тогда из внутренняя (динамическая) фрактальная размерность (9) получаем ts = 2 /kD. Записав массу зародыша кластера, — частота колебаний атомов в его решетке.

в виде m0 /60a3 = /6Amuna3 и c0 в дебаевском 0 Поскольку дебаевская температура больших кластеров приближении, можно из формул (11), (13) получить сле( 1) слабо зависит от размеров и практически дующие формулы для описания роста среднего размера совпадает с дебаевским параметром макроскопического частиц:

тела, ts не зависит от a. Тогда из (4), (5) находим 75kD 1/ a t2/5, (16) приблизительный закон роста среднего размера больших 8Amun кластеров в результате захвата ими зародышей 1/27kD 2/5 2/5 t m0ts 1/2 a t1/3. (17) cn a a0, tun = a0. (11) 2 · 61/35/3Amun4/cn tun 2 Формула (16) соответствует малому потоку зародышей, cn Здесь tun — единица времени при малом потоке зародыкогда рост среднего размера происходит в результате взашей на кластер.

имодействий типа ”частица–зародыш”, формула (17) — В случае большого потока зародышей, а также в большому потоку зародышей, когда рост происходит процессах взаимодействия между большими кластерами, в результате взаимодействий типа ”частица–частица”.

характерный масштаб ti целесообразно оценить как средСредние размеры синтезируемых кристаллов не зависят нее время фононного возбуждения объекта от начального размера зародышей — нанокластеров, т. е.

система ”забывает” о начальных условиях и рост частиц 2 a ti =. (12) происходит в соответствии с динамикой макроскопичеcской кристаллической решетки.

Здесь c0 — эффективная скорость распространения колебаний в структуре кластера (”скорость звука”). Из 3. Оценки размеров алмазов.

формул (12), (1), (4), (5) получаем оценочный закон Обсуждение результатов роста среднего размера больших кластеров в результате их взаимодействий с большим потоком зародышей и В соответствии с представлениями [24] об условной между собой границе между ”макро- и мезомирами”, соотношение 1/3 1/типа (1) выполняется вплоть до размеров тел порядка 3 t a0m0 1/cl a a0, tun = a0. (13) cl 10-7 m. Это дает основание для попытки применения 2 tun cполученных выше формул к рассмотрению кинетики cl Здесь tun — единица времени в процессах взаимодей- образования кристаллов алмаза из различных твердых ствия больших кластеров. форм углерода.

Физика твердого тела, 2000, том 42, вып. О кластерном механизме синтеза алмазов из различных твердых форм углерода Рассмотрим процесс синтеза алмаза в детонационной расчетные результаты согласуются с экспериментальныволне в твердом взрывчатом веществе (ВВ). Отвле- ми двухмодовыми распределениями [15].

каясь от конкретной химической природы продуктов В экспериментах [4] по ударно-волновому синтезу взрывного разложения ВВ, будем рассматривать эти алмазов из фуллеритов время распространения тепловой продукты как сплошную среду, роль которой сводится волны от ударно нагретого порошка в окружающую к удерживанию вместе исследуемых кристаллических матрицу, оцениваемое по аналогии с [17] в приближении структур. Длительность удержания tconf можно определинейной теплопроводности, составляло thp 10-2 s.

лить как время распространения волны разгрузки от Можно полагать, что за время thp происходило интенсивкрая заряда ВВ к его оси (центру) tconf = R/ceff, R — ное охлаждение углеродного образца и закалка алмазной радиус заряда ВВ, ceff — эффективная скорость звука фазы. Оценки по формулам (16), (17) при t 10-2 s в продуктах детонации. В качестве замкнутой системы дают средние размеры алмазных частиц около 4 и около рассмотрим ”лагранжевый” слой ударно сжатого орга1 µm соответственно. Эти значения по порядку величины нического вещества (т. е. слой с постоянной массой).

совпадают с экспериментальными размерами [4].

По мере расширения этого слоя в нем в результаРассмотрим наконец статический синтез алмазов. Из те колебательных взаимодействий объектов образуются формулы (16) следует, что более ”быстрый” механизм кристаллические алмазоподобные кластеры [14]. Рост присоединения к большой частице малых зародышей частиц происходит в течении за фронтом ударной волпозволяет в течение времени от десяти минут до суток ны в результате двух типов процессов: взаимодействий выращивать кристаллы алмаза с характерными размекластеров с зародышами, описываемых формулой (14), а рами от 0.3 до 2 mm. Частицы с такими по порядку также взаимодействий между кластерами, описываемых величины размерами образуются за указанные времена формулой (15). После того, как все зародыши будут в камерах высокого давления при условиях, соответствузахвачены, рост частиц происходит в соответствии с зающих нижней границе области стабильности алмаза на коном (15). Оценки по формуле (14) показывают, что за фазовой диграмме углерода (см. [1]). В работе [6] по время протекания химических реакций в детонационной статическому синтезу алмаза из углеродных нанотруб волне, равное, согласно [17], t = 0.5 · 10-6 s, в течении при P = 5GPa, T 1670 K максимальный размер кри= за фронтом могут образоваться частицы с размером сталлитов, образовавшихся в камере высокого давления около 30 nm. Последнее значение приблизительно соза время 30 s, равнялся 20-50 µm. В параллельных ответствует максимальному размеру ультрадисперсных опытах с использованием графита получены кристаллы алмазов детонационного синтеза в экспериментах [7–11].

алмаза размером 150-200 µm. Последние величины Оценки же по формуле (15) показывают, что за время неплохо соответствуют оценке по формуле (16), дающей удержания tconf 50 · 10-6 s, т. е. в волне Тейлора в про= при указанном времени средний размер около 100 µm.

дуктах детонации зарядов твердых взрывчатых веществ Оценка же по формуле (17) дает средний размер около диаметром 30 cm, могут вырасти алмазоподобные части10 µm, по порядку величины соответствующей алмазам, цы величиной до 10-7 m. Это соответствует данным полученным из нанотруб.

экспериментов [30] по масштабированию размера заряда Можно полагать, что предлагаемая модель применима взрывчатого вещества.

и для изучения динамики роста природных кристаллов Рассмотрим эффект ударно-индуцированной коалесалмаза в результате земных катаклизмов, например, ценции детонационных наноалмазов ”водного” синтеметеоритного удара. Оценки по формуле (17), описыза [30] при слабом динамическом нагружении [15,21] с вающей более медленный процесс, показывают, что аламплитудой около 10 GPa (т. е. вблизи нижней границы мазы с размерами 1-10 cm могут вырастать за времена области стабильности алмаза на фазовой диаграмме 8 · 103-8 · 106 years. Последние величины значительно углерода). Поскольку толщина слоя аморфного углерода, меньше возраста Земли, по-видимому, составляющего окружающего наноалмаз, составляет величину порядка порядка 109 years (cм., например, [31]). Это свидетельатомного расстояния (см. [10,11]), то при взаимодействует об импульсном (случайном) характере образоваствии алмазных нанокластеров, обладающих возбужденния и роста природных алмазов.

ными кристаллическими решетками, могут образовыУстановленное в данной работе соответствие совокупваться ковалентные связи между внешними атомами криности расчетных и экспериментальных данных свидесталлических ”зерен” соприкасающихся частиц. В силу тельствует в пользу адекватности предлагаемой модели малой длительности импульса давления, составляющей роста алмазоподобных структур при уровнях нагрузок, 10-5 s, естественно полагать, что рост частиц происключающих образование жидкой фазы. Все сказанное исходит в основном в метастабильных условиях [1] для выше свидетельствует в пользу правомерности гипотезы алмаза на фазовой диаграмме углерода: при ”нулевом” о решающей роли колебательных взаимодействий кридавлении и при повышенных остаточных температурах.

Выполненные по формулам (16), (17) оценки показы- сталлических объектов с аномально высокой дебаевской вают, что за время остывания образца t 102 s, харак- температурой в процессах как динамического, так и терное для рассматриваемых экспериментов (см. [17]), в статического синтеза алмаза из различных твердых форм системе образуются две подсистемы частиц со средними углерода: органических веществ, наноалмазов, фуллериразмерами около 1.5 · 10-5 и 1.5 · 10-4 m. Полученные та, графита, нанотруб.

Физика твердого тела, 2000, том 42, вып. 1898 Э.Э. Лин Список литературы [30] Б.А. Выскубенко, В.В. Даниленко, Э.Э. Лин, В.А. Мазанов, Т.В. Серова, В.И. Сухаренко, А.П. Толочко. Физика горения и взрыва 16, 12, 113 (1992).

[1] Г.Н. Безруков. Алмаз. Физическая энциклопедия. Т. 1 / Под [31] А.В. Козенко. Физическая энциклопедия. Т. 2 / Под ред.

ред. А.М. Прохорова. Большая Российская Энциклопедия, А.М. Прохорова. Большая Российская Энциклопедия, М.

М. (1988). С. 60.

(1990). С. 78.

[2] Г.Н. Безруков, В.П. Бутузов, М.И. Самойлович. Синтетический алмаз. Недра, М. (1976) 120 с.

[3] E. Vlodarchik, R. Trebinski. Shock Waves 7, 4, 231 (1997).

[4] О.Г. Епанчинцев, А.С. Зубченко, Ю.Д. Третьяков, А.А. Дитятьев, Н.Н. Кобелев, А.Е. Корнеев, В.Ф. Нестеренко, В.А. Симонов. ДАН 340, 2, 201 (1995).

[5] Ma Yanzhang, Zon Guangtian. Proceedings of the Joint XV AIRAPT and XXXIII EHPRG international conference.

Warsaw, Poland (1995). World Scientific (1996). P. 702.

[6] А.М. Германский, Г.А. Дюжев, Д.В. Новиков, В.М. Ойченко, Ю.П. Удалов. Письма в ЖТФ 25, 5, 18 (1999).

[7] В.М. Титов, В.Ф. Анисичкин, И.Ю. Мальков. Физика горения и взрыва 25, 3, 117 (1989).

[8] А.И. Лямкин, Е.А. Петров, А.П. Ершов, Т.Б. Сакович, А.М. Ставер, В.М. Титов. ДАН 302, 3, 611 (1988).

[9] А.Л. Верещагин, Г.В. Сакович, П.М. Брыляков, И.И. Золотухина, Л.А. Петрова, Н.Н. Новоселов. ДАН 314, 4, (1990).

[10] М.В. Байдакова, А.Я. Вуль, В.И. Сиклицкий, Н.Н. Фалеев.

ФТТ 40, 4, 776 (1998).

[11] А.Е. Алексенский, М.В. Байдакова, А.Я. Вуль, В.И. Сиклицкий. ФТТ 41, 4, 740 (1999).

[12] Э.Э. Лин. Хим. физика 12, 3, 299 (1993).

[13] В.Ф. Анисичкин. Хим. физика 12, 5, 605 (1993).

[14] Э.Э. Лин. Хим. физика 18, 11, 91 (1999).

[15] Э.Э. Лин, С.А. Новиков, В.Г. Куропаткин, В.А. Медведкин, В.И. Сухаренко. Физика горения и взрыва 31, 5, (1995).

[16] Д.С. Долгушин, В.Ф. Анисичкин, В.Ф. Комаров. Физика горения и взрыва 35, 3, 143 (1999).

[17] Э.Э. Лин. Хим. физика 16, 12, 113 (1997).

[18] И.В. Обреимов. Физический энциклопедический словарь.

Т. 1 / Под ред. Б.А. Введенского, Б.М. Вула. Сов. энциклопедия, М. (1960). С. 41.

[19] Физические величины: Справочник / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. Энергоатомиздат, М. (1991).

1232 с.

[20] Б.А. Выскубенко, Э.Э. Лин, А.В. Сиренко. Физика горения и взрыва 29, 1, 134 (1993).

[21] В.И. Скоков, Э.Э. Лин, В.А. Медведкин, С.А. Новиков.

Физика горения и взрыва 34, 3, 105 (1998).

[22] А.Н. Малышев, Э.Э. Лин, С.А. Новиков, М.А. Павловская, В.И. Сухаренко, К.Б. Жогова, Б.В. Лебедев. Хим. физика 19, 2, 74 (2000).

[23] И.Д. Морохов, В.П. Петинов, Л.П. Трусов, В.Ф. Петрунин.

УФН 133, 4, 653 (1981).

[24] Б.Б. Кадомцев. УФН 164, 5, 449 (1994).

[25] В.П. Дмитриев. Стохастическая механика. Высш. шк., М.

(1990). 64 с.

[26] Цянь Сюэ-сень. Физическая механика. Мир, М. (1965).

С. 198.

[27] М. Фольмер. Кинетика образования новой фазы. Наука, М.

(1986). 206 с.

[28] И.В. Казакова, В.Ф. Анисичкин, Г.В. Гадияк. Химическая физика 13, 3, 35 (1994).

[29] Т.С. Якубов. ДАН СССР 310, 3, 145 (1990).

Физика твердого тела, 2000, том 42, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.