Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году


Толщина поверхностного слоя каркасных углеводородов

В.М. Юров, В.С. Портнов, А.Д. Маусымбаева

Карагандинский технический университет

DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.331

Оригинальная статья

Аннотация: В работе поставлена цель — это построение модели поверхностного слоя объектов (кристаллов) и выяснение роли поверхностной энергии в физических процессах, протекающих в области наноразмеров. В качестве объектов были выбраны каркасные углеводороды типа адамантана, которые имеют высокосимметричную алмазоподобную структуру. На основе эмпирической модели впервые проведено определение толщин поверхностного слоя и поверхностной энергии каркасных
углеводородов. На практике это очень важно, поскольку все значимые в эксплуатации физические и химические процессы происходят через поверхностный слой. Для адамантана толщина этого слоя равна 21,6 нм, а для алмаза – 8,2 нм, то есть они представляют собой наноструктуру. Такое различие в толщине поверхностного слоя двух типов структур обуславливает их резкое отличие в их свойствах, в частности, в их поверхностной энергии, которая определяет их механические свойства. Для адамантана поверхностная энергия равна 378,7 мДж/м2, а для алмаза – 9400 мДж/м2. На практике
исследователями установлено, что при ударно-волновом воздействии степень превращения адамантан→алмаз составляет почти 30 %. Работа адгезии для каркасных углеводородов имеет значение 400-500 мДж/м2, а внутренние напряжения – 35-45 МПа, которые в поверхностном слое приводят к уменьшению адгезиционной прочности и возникновению обратного эффекта Холла-Петча.

Ключевые слова: поверхностный слой, наноструктура, поверхностная энергия, атомный объем, размерный эффект, углеводород, адамантан, алмаз, эмпирическая модель

  • Юров Виктор Михайлович – к.ф.-м.н., доцент кафедры «Месторождения полезных ископаемых», Карагандинский технический университет
  • Портнов Василий Сергеевич – д.т.н., профессор кафедры «Месторождения полезных ископаемых», Карагандинский технический университет
  • Маусымбаева Алия Думановна – к.т.н., доцент кафедры «Месторождения полезных ископаемых», Карагандинский технический университет

Ссылка на статью:

Юров, В.М. Толщина поверхностного слоя каркасных углеводородов / В.М. Юров, В.С. Портнов, А.Д. Маусымбаева // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 331-341. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.331.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Юров, В.М. Толщина поверхностного слоя, поверхностная энергия и атомный объем элемента / В.М. Юров, С.А. Гученко, В.Ч. Лауринас // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2018. – Вып. 10. – С. 691-699. DOI: 10.26456/pcascnn/2018.10.691.
2. Юров, В.М. Толщина поверхностного слоя атомарно-гладких кристаллов / В.М. Юров // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 389-397. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.389.
3. Юров, В.М. Наноструктуры в тонком слое угольного вещества / В.М. Юров, К.М. Маханов, В.С. Портнов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 746-757.DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.746.
4. Гюльмалиев, А.М. Теоретические основы химии угля / А.М. Гюльмалиев, Г.С. Головин, Т.Г. Гладун. – М.: Изд-во Московского государственного горного университета, 2003. – 556 с.
5. Брусиловский, А.И. Фазовые превращения при разработке месторождений нефти и газа / А.И. Брусиловский. – М.: «Грааль», 2002. – 575 с.
6. Рехвиашвили, С.Ш. К расчету постоянной Толмена / С.Ш. Рехвиашвили, Е.В. Киштикова, Р.Ю. Кармокова, А.М. Кармоков // Письма в журнал технической физики.–2007.–Т. 33.–Вып. 2. – С. 1-7.
7. Yurov, V.M.Аnisotropy of the surface of carbon materials / V.M. Yurov,V.I. Goncharenko, V.S. Oleshko, M.Sha // Eurasian Physical Technical Journal.2021.V.18. – № 3(37). – P. 15-24.DOI: 10.31489/2021No3/15-24.
8. Ролдугин, В.И. Физикохимия поверхности / В.И. Ролдугин. – Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2008. – 508 с.
9. Уваров, Н.Ф. Размерные эффекты в химии гетерогенных систем / Н.Ф. Уваров, В.В. Болдырев // Успехи химии. – 2001. – Т. 70. – № 4. – С. 307-329.DOI: 10.1070/RC2001v070n04ABEH000638.
10. Оура, К. Введение в физику поверхности / К. Оура, В.Г. Лифшиц, А.А. Саранин и др. – М.: Наука, 2006. – 490 с.
11. Русанов, А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления / А.И. Русанов. – Л.: Химия, 1967. – 388 с.
12. Андриевский, Р.А. Наноструктурные материалы / Р.А. Андриевский, А.В. Рагуля. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.
13. Суздалев, И.П. Нанотехнология: физико-химиянанокластеров, наноструктур и наноматериалов / И.П. Суздалев. – М.: КомКнига, – 2006. – 592 с.
14. Зимон, А.Д. Адгезия пленок и покрытий /А.Д. Зимон. – М.: Химия, 1977. – 352 с.
15. Юров, В.М. Некоторые вопросы физики прочности металлических наноструктур / В.М. Юров, В.Ч. Лауринас, С.А. Гученко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2013.– Вып. 5. – С. 408-412.
16. Новаков, И.А. Полимеры на основе производных адамантана: синтез, свойства, направления практического использования / И.А. Новаков, Б.С. Орлинсон // Высокомолекулярные соединения. Серия С. – 2005. – Т. 47. – № 7. – С. 1302-1338.
17. Толочко, Б.П. Радикальный механизм образования наночастиц алмаза после ударно-волнового воздействия на адамантан / Б.П. Толочко, В.M. Титов, A.П. Чернышев и др. Серия ИЯФ 2006-49. – Новосибирск: ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН, 2006. – 11 с.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒