Fysikere beskriver en ny type amorfe faste legemer

Mange stoffer med forskellige kemiske og fysiske egenskaber, fra diamanter til grafit, består af kulstofatomer. Amorfe former for fast kulstof har ikke en fast krystalstruktur og består af strukturelle enheder - grafenpartikler i nanostørrelse. Et hold fysikere fra RUDN University studerede strukturen af ​​amorft kulstof og foreslog at klassificere det som en separat type amorfe faste legemer:en molekylær amorf med påtvunget fragmentering. Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i Fullerener, Nanorør og kulstof nanostrukturer tidsskrift.

Fast kulstof har mange allotropiske modifikationer. Det betyder, at stoffer med forskellige kemiske og fysiske egenskaber kan bygges af et og samme atom, der er arrangeret i forskellige strukturer. De mange forskellige kulstofallotroper skyldes de særlige egenskaber ved dets atomer, nemlig deres unikke evne til at danne single, dobbelt, og tredobbelte valensbindinger. Hvis, på grund af visse reaktionsbetingelser, der dannes kun enkeltbindinger (dvs. de såkaldte sp ³ -hybridisering finder sted), fast kulstof har form af et tredimensionelt gitter af tetraeder, altså en diamant. Hvis betingelserne er gunstige for dannelsen af ​​dobbeltbindinger (sp ² -hybridisering), fast kulstof har form af grafit - en struktur af flade lag lavet af kamlignende sekskantede celler. Individuelle lag af denne faste krop kaldes grafen. Disse to typer af faste kulstofstrukturer observeres både i ordnede krystaller og ikke-ordnede amorfe legemer. Fast kulstof er vidt udbredt i naturen både som krystallinsk sten (grafit eller diamant) aflejringer og i amorf form (brunt og sort kul, shungit, antraxolit, og andre mineraler).

I modsætning til dens krystallinske form, naturligt amorft kulstof hører til sp ² type. En større undersøgelse af strukturen og grundstofsammensætningen af ​​sp ² amorft kulstof blev udført på initiativ og med deltagelse af et hold fysikere fra RUDN Universitet. I løbet af studiet, holdet tog også spektralmålinger ved hjælp af fotoelektronisk spektroskopi, uelastisk neutronspredning, infrarød absorption, og Raman-spredning. Baseret på resultaterne af undersøgelsen, holdet konkluderede, at sp ² amorft kulstof er en fraktal struktur baseret på grafendomæner i nanostørrelse, der er omgivet af atomer af andre grundstoffer (brint, ilt, nitrogen, svovl, og så videre). Med denne hypotese, holdet omskrev nærmest historien om amorft kulstof, der har været kendt af menneskeheden siden den første menneskeskabte brand nogensinde.

"Opdagelsen og den eksperimentelle bekræftelse af det 'sorte guld's grafennatur vil fuldstændig ændre teorien, modellering, og fortolkning af forsøg med denne klasse af stoffer. Imidlertid, nogle spørgsmål forbliver ubesvarede. Hvad gør faststoffysikken ud af denne amorfe tilstand af fast kulstof? Hvilken rolle spiller amorft kulstof med sp ² -hybridisering spiller i det større billede? Vi prøvede at finde vores egne svar, " sagde Elena Sheka, en ph.d. i fysik og matematik, og en rådgivende professor ved Det Fysiske og Matematiske Fakultet og det Naturvidenskabelige Fakultet, RUDN Universitet.

Holdet brugte to år på at studere arten af ​​amorft kulstof grundigt. Andre resultater af dette ambitiøse projekt blev offentliggjort i Fullerener, Nanorør og kulstof nanostrukturer , Journal of Physical Chemistry C , og Journal of Non-Crystalline Solids, Nanomaterialer . Sammen, disse værker bekræfter et gennembrud opnået af fysikerne fra RUDN University inden for dette komplekse fysikfelt.

"Vi har analyseret mange undersøgelser af amorfe sp ² kulstof ud fra vores generelle forståelse af amorfe faste legemer. Baseret på vores forskning, vi kan bekræfte, at det tilhører en ny type amorfe stoffer, " tilføjede Elena Sheka fra RUDN University.