Il team del Prof. Wu HengAn dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina ha presentato sei fasi rappresentative dei carboni amorfi basate su simulazioni di dinamica molecolare (MD) su larga scala, ottenendo un panorama microstrutturale completo dei carboni amorfi.
Queste fasi includono rispettivamente la rete di grafene disordinata (DGN), carbonio amorfo ad alta densità (HDAC), diafite amorfa (a-DG), diamante amorfo (a-D), diamante paracristallino (p-D) e diamante nano-policristallino (NPD). Il team ha condotto un'analisi approfondita delle caratteristiche topologiche microstrutturali e del loro contributo all'ordine a breve e medio raggio.
In particolare, l'a-DG mostra caratteristiche ibride di grafite amorfa e diamante atomicamente disordinato, mentre il p-D mostra numerosi nanonuclei simili al diamante distribuiti all'interno di una matrice amorfa.
Le loro caratteristiche topologiche microstrutturali hanno una sorprendente somiglianza con i carboni amorfi appena sintetizzati negli esperimenti, e questa coerenza suggerisce che i modelli simulati possono catturare efficacemente le varie microstrutture osservate nei carboni amorfi preparati sperimentalmente.
Inoltre, il team ha condotto un'analisi completa confrontando i dati di simulazione con le osservazioni sperimentali, portando allo sviluppo di un diagramma di fase nello sp 3 /sp 2 rispetto al piano di densità.
Il diagramma di fase ha rivelato modelli interessanti caratterizzati da discontinuità inaspettate, che derivano da differenze intrinseche nella topologia microstrutturale di vari tipi di carboni amorfi. È interessante notare che il team ha scoperto una legge di potenza adatta:log(sp 3 /sp 2 ) ~ ρ n , dove diversi valori di 'n' indicano che la stabilità microstrutturale dei carboni amorfi può essere regolata manipolando sp 3 /sp 2 rapporto in specifiche condizioni di temperatura-pressione.
Nonostante le variazioni significative nel disordine su scala atomica derivanti da cambiamenti di densità, temperatura e pressione, è ancora possibile distinguere diversi tipi di carboni amorfi attraverso le microstrutture topologiche ordinate a breve/medio raggio. Questo approccio di classificazione apre la strada a ulteriori indagini sulle proprietà meccaniche e altri attributi rilevanti dei carboni amorfi.
Inoltre, i ricercatori hanno esplorato i possibili percorsi di transizione di fase tra diversi tipi di carbonio amorfo sulla base del diagramma di fase discontinuo. Hanno scoperto che, ricotturando il DGN in condizioni di alta temperatura e alta pressione, è possibile ottenere tipiche strutture di carbonio amorfo come a-DG, a-D e p-D. Inoltre, è stata osservata una transizione di fase reversibile tra DGN e HDAC, coerente con i recenti calcoli dei principi primi.
Pertanto, potrebbero esserci abbondanti transizioni di fase ed evoluzioni microstrutturali ancora da scoprire tra diversi tipi di carbonio amorfo in adeguate condizioni di temperatura e pressione. L'obiettivo della ricerca di follow-up è quello di studiare i meccanismi che governano queste transizioni di fase, fornendo preziose informazioni teoriche per la sintesi sperimentale di materiali di carbonio amorfo.
Il lavoro è pubblicato sulla rivista National Science Review .
Ulteriori informazioni: YinBo Zhu et al, Diagramma di fase discontinuo dei carboni amorfi, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae051
Fornito da Science China Press
