W niniejszej pracy przedstawione zostaną wyniki badań przemiany strukturalnej nanodiamentów o średnicy ok. 47 Å w nanocebulki węglowe w wyniku obróbki wysokotemperaturowej. W badaniach tych zastosowano metodę dyfrakcji wysokoenergetycznego promieniowania synchrotronowego oraz symulacji komputerowych dynamiki molekularnej (DM) z wykorzystaniem potencjału REBO (Reactive Bond Order Potential) [1]. W trakcie procesu transformacji (tzw. grafityzacji) struktury cebulkowe przyjmują kształt sferyczny, a ich finalna forma przybiera kształt nanocząstek wielościennych oraz sferycznych z zamkniętymi powłokami, zbliżonymi do struktur fulerenowych. Tworzenie się wydłużonych nanocząstek wielościennych może być wyjaśnione przez występowanie wyjściowych nanodiamentów w formie aglomeratów nanodiamentowych. W celu zbadania procesu grafityzacji nanodiamentów dla modelu nanodiamentu z pojedynczym diamentopodobnym rdzeniem (~5460 atomów węgla) oraz dla modelu nanodiamentu ze zbliźniaczonym rdzeniem (~13500 atomów węgla) przeprowadzone zostały symulacje DM w temperaturze pokojowej. Następnie dla tej samej liczby atomów, dla obu przypadków, wygenerowano modele atomowe dla dwóch strukturalnych stanów pośrednich w temperaturze 1673 K i 1973 K oraz dla stanu końcowego struktury posiadającej zdefektowane ikozaedryczne fulereny w temperaturze 2273 K. Dla generowanych, a następnie zoptymalizowanych modeli obliczone zostały teoretyczne natężenia i dalej zredukowane funkcje rozkładu radialnego. Poprawność zaproponowanych modeli została zweryfikowana poprzez porównanie wyników teoretycznych z doświadczalnymi zarówno w przestrzeni odwrotnej jak i rzeczywistej. Na rysunku 1 przedstawiono teoretyczny czynnik struktury dla modelu nanocebulki węglowej otrzymanej w temperaturze 2273 K w porównaniu z danymi doświadczalnymi, a na rysunku 2 porównano otrzymany model z doświadczeniem w przestrzeni rzeczywistej. Proponowane przez nas modele nanodiamentu oraz

Rys. 1. Porównanie teoretycznego czynnika struktury z danymi doświadczalnymi dla nanocebulek węglowych otrzymanych temperaturze 2273 K. We wstawce przedstawiono przekrój przez model atomowy nanocebulki węglowej.

Rys. 2. Porównanie teoretycznej zredukowanej funkcji rozkładu radialnego z danymi doświadczalnymi dla nanocebulek węglowych otrzymanych temperaturze 2273 K.

nanocebulek węglowych potwierdzają wcześniejsze obserwacje badanych struktur wykonane przy użyciu transmisyjnego mikroskopu elektronowego [2] oraz nowe podejście do opisu procesu grafityzacji nanocząsteczek diamentowych.

Referencje

[1] D.W. Brenner, O.A. Shenderova, J.A. Harrison, S.J. Stuart, B. Ni, S.B. Sinnott, A second-generation reactive empirical bond order (REBO) potential energy expression for hydrocarbons, J Phys: Condens Matter 14 (2002) 783-802.

[2] S. Tomita, A. Burian, J.C. Dore, D. LeBolloch, M. Fujii, S. Hayashi, Diamond nanoparticles to carbon onions transformation: X-ray diffraction studies, Carbon 40 (2002) 1469-1474.

• Legal notice:
  

  Copyright (c) Pielaszek Research, all rights reserved.
  The above materials, including auxiliary resources, are subject to Publisher's copyright and the Author(s) intellectual rights. Without limiting Author(s) rights under respective Copyright Transfer Agreement, no part of the above documents may be reproduced without the express written permission of Pielaszek Research, the Publisher. Express permission from the Author(s) is required to use the above materials for academic purposes, such as lectures or scientific presentations.
  In every case, proper references including Author(s) name(s) and URL of this webpage: https://science24.com/paper/24788 must be provided.

1. Computation of powder diffraction patterns for carbon nanotubes.