Представлены результаты экспериментального моделирования получения стеклоподобного углерода из высокобарного сверхкритического флюида (СКФ) в системе C–O–H при температуре 800 ?С и давлении 500…1000 атм. Приводится комплексная характеристика углеродного материала с использованием данных CHNS-O-анализа, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), энергодисперсионной спектроскопии (ЭДС), просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), рентгеновской и электронной дифракции, инфракрасной и мультиволновой спектроскопии комбинационного рассеяния света (КР). По комплексу признаков и результатам сравнения с промышленным стеклоуглеродом синтезированный углеродный материал отнесен к стеклоподобному веществу. Результаты экспериментальных работ свидетельствуют о возможных разных механизмах получения и, как следствие, о полигенности стеклоподобного состояния углерода. Полученный материал ввиду кардинально иного способа получения (посредством поликонценсации) потенциально может иметь особые поверхностные и объемные свойства.
Татьяна Григорьевна Шумилова – д-р геол.-минерал. наук, гл. науч. сотрудник, Институт геологии имени академика Н. П. Юшкина Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФГБОУН Федерального исследовательского центра «Коми научный центр Уральского отделения Российской академии наук», Сыктывкар, Россия
Лариса Александровна Иванова – канд. геол.-минерал. наук, ст. науч. сотрудник, Институт земной коры Сибирского отделения Российской академии наук, Иркутск, Россия
Сергей Иванович Исаенко – канд. геол.-минерал. наук, ст. науч. сотрудник, Институт геологии имени академика Н. П. Юшкина Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФГБОУН Федерального исследовательского центра «Коми научный центр Уральского отделения Российской академии наук», Сыктывкар, Россия
Василий Вениаминович Уляшев – канд. геол.-минерал. наук, мл. науч. сотрудник, Институт геологии имени академика Н. П. Юшкина Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФГБОУН Федерального исследовательского центра «Коми научный центр Уральского отделения Российской академии наук», Сыктывкар, Россия
Владимир Яковлевич Медведев – канд. геол.-минерал. наук, ведущий инженер, Институт земной коры Сибирского отделения Российской академии наук, Иркутск, Россия
Куан Сан – профессор, Школа энергетики и энергоинженерии, руководитель группы, Лаборатория гибких материалов и устройств для использования возобновляемых источников энергии, Чунцинский университет, Чунцин, Китай
1. Шулепов С. В. Физика углеродных материалов. Челябинск: Металлургия, 1990. 334 с.
2. Hone J. I., Dresselhaus M., Dresselhaus G. E. Carbon nanotubes, synthesis, structure, properties and applications. Springer Science & Business Media, 2001. 448 p.
3. Gogotsi Y., Presser V. (Eds.). Carbon nanomaterials. 2nd ed. CRC Press, 2013. 529 p. URL: https://doi.org/10.1201/b15591
4. Harris P. J. F. Fullerene-related structure of commercial glassy carbons // Philosophical magazine. 2004. V. 84, No. 29. P. 3159 – 3167.
5. Uskokovi? V. A historical review of glassy carbon: Synthesis, structure, properties and applications // Carbon Trends. 2021. V. 5. P. 100116.
6. Вяткин Г. П., Байтингер Е. М., Песин Л. А. Определение характера гибридизации валентных состояний углерода спектроскопическими методами. Челябинск: ЧГТУ, 1996. 104 с.
7. Bundy F. P., Bassett W. A., Weathers M. S., et al. The pressure-temperature phase and transformation diagram for carbon; updated through 1994 // Carbon. 1996. V. 34, No. 2. P. 141 – 153.
8. Шумилова Т. Г. Минералогия самородного углерода. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 316 с.
9. Беленков Е. А., Грешняков В. А. Классификация структурных разновидностей углерода // Физика твердого тела. 2013. Т. 55, № 8. С. 1640 – 1650.
10. Blank V. D., Estrin E. I. Phase transitions in solids under high pressure (1st ed.). CRC Press, 2013. 450 p.
11. Brazhkin V. V., Solozhenko V. L. Myths about new ultrahard phases: Why materials that are significantly superior to diamond in elastic moduli and hardness are impossible // J. Appl. Phys. 2019. V. 125, No. 13. P. 130901.
12. Логинов Д. В., Алешина Л. А., Фофанов А. Д. Модели строения областей когерентного рассеяния антрацита, стеклоуглерода и шунгита // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. 2010. № 8(113). С. 99 – 104.
13. Kovalevsky V., Shchiptsov V., Sadovnichy R. Unique natural carbon deposits of shungite rocks of Zazhogino ore field, Republic of Karelia, Russia. In: SGEM Conference Proceedings of International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management. 2016. P. 673 – 680.
14. Kovalevski V. V., Buseck P. R., Cowley J. M. Comparison of carbon in shungite rocks to other natural carbons: An X-ray and TEM study // Carbon. 2001. V. 39. P. 243 – 256.
15. Kovalevski V., Shchiptsov V. Shungites and their industrial potential. In: Glagolev, S. (Eds.) 14th International Congress for Applied Mineralogy (ICAM2019). ICAM 2019. Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Springer, Cham. 2019. URL: https://doi.org/10.1007/978-3-030-22974-0_47
16. Chou N. H., Piece N., Lei Y., Fujisawa K. Carbonrich shungite as a natural resource for efficient Li-ion battery electrodes // Carbon. 2018. V. 130. P. 105 – 111.
17. Бехтерев А. Н., Золотарев В. М. Оптические свойства и структура графитоподобных кристаллических и аморфных модификаций углерода. Обзор // Оптико-механи-ческая промышленность. 1986. № 12. С. 41 – 53.
18. Бехтерев А. Н. Исследования пиро- и стеклоуглерода методом ИК-спектроскопии диффузного отражения в области основных колебательных мод // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. 2007. № 43. С. 182 – 186.
19. Сурменко Е. Л., Попов И. А., Соколова Т. Н. и др. Лазерные технологии и современное оборудование при изготовлении автоэмиссионных катодов из монолитного стеклоуглерода // Вакуумная техника и технология.2011. Т. 21, № 2. С. 95 – 98.
20. Шестеркин В. И. К вопросу об эффективной площади эмиссии матричных автокатодов из стеклоуглерода // Проблемы СВЧ электроники. 2013. Т. 1. С. 135 – 139.
21. Бушуев Н. А., Глухова O. E., Григорьев Ю. А. и др. Исследование эмиссионных характеристик многолучевой электронной пушки с автоэмиссионным катодом из стеклоуглерода // Журнал технической физики.2016. Т. 86, № 2. С. 134 – 139.
22. Harris P. J. F. Fullerene-like models for microporous carbon // J. Mater. Sci. 2013. V. 48. P. 565 – 577.
23. Пат. РФ на изобр. 2659275. Способ получения одномерных углеродных структур фотонного типа пиролизом этанола при повышенном давлении / Т. Г. Шумилова, В. Я. Медведев, Л. А. Иванова и др. Опубл. 29.07.2018, Бюл. № 19.
24. Пат. РФ на изобр. 2659277. Способ получения одномерных трехмерных углеродных структур фотонного типа пиролизом этанола при повышенном давлении / Т. Г. Шумилова, В. Я. Медведев, Л. А. Иванова и др. Опубл. 29.07.2018, Бюл. № 19.
25. Tuinstra F., Koenig J. L. Raman spectrum of graphite // Journal of Chemical Physics. 1970. V. 53. P. 1126 – 1130.
26. Wang Y., Alsmeyer D. C., McCreery R. L. Raman spectroscopy of carbon materials: structural basis of observed spectra // Chemistry of Materials. 1990. V. 2. P. 557 – 563.
27. Tan P., Dimovski S., Gogotsi Y. Raman scattering of non-planar graphite: arched edges, polyhedral crystals, arched edges, polyhedral crystals // Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2004. V. 362. P. 2289 – 2310.
28. Ferrari A. C., Robertson J. Raman spectroscopy of amorphous, nanostructured, diamond-like carbon, and nanodiamond // Philosophical Transactions of the Royal Society of London A. 2004. V. 362. P. 2477 – 2512.
29. Saito R., Furukawa M., Dresselhaus G., et al. Raman spectra of graphene ribbons // Journal of Physics: Condensed Matter. 2010. V. 22(33). P. 334203.
30. Beyssac O., Goffe B., Chopin C., et al. Graphitization in a high-pressure, low-temperature metamorphic gradient: a Raman microspectroscopy and HRTEM study // J. Metamorph. Geol. 2002. V. 20, No. 9. P. 859 – 871.
31. Sadezky A., Muckenhuber H., Grothe H., et al. Raman microspectroscopy of soot and related carbonaceous materials: Spectral analysis and structural information // Carbon. 2005. V. 43. P. 1731 – 1742.
32. Ferrari A. C., Robertson J. Resonant Raman spectroscopy of disordered, amorphous, and diamondlike carbon // Physical review B. 2001. V. 64, ls. 7. P. 075414.
33. Gupta V., Nakajima T., Ohzawa Y., et al. A study on the formation mechanism of graphite fluorides by Raman spectroscopy // Journal of Fluorine Chemistry. 2003. V. 120. P. 143 – 150.
34. Isaenko S. I., Shumilova T. G., Bocharov V. N., et al. Multiwave Raman spectroscopy of natural nanostructured carbons // American Mineralogist. 2024. V. 109. (in press).
35. 35. Reid R. C., Prausnitz J. M., Poling B. E. The properties of gases and liquids. McGraw-Hill: New York, 1987. 741 p.
Статью можно приобрести
в электронном виде!
PDF формат
500
DOI: 10.14489/glc.2024.10.pp.017-027
Тип статьи:
Научная статья
Оформить заявку
