Сверхплотные аллотропы углерода
Предлагаемые конфигурации атомов углерода

Сверхплотные аллотропы углерода — это предлагаемые конфигурации атомов углерода , которые приводят к стабильному материалу с плотностью, превышающей плотность алмаза . Известно немного гипотетических аллотропов углерода, более плотных, чем алмаз. Все эти аллотропы можно разделить на две группы: первые гипотетически стабильны в условиях окружающей среды; вторые — аллотропы углерода высокого давления, которые становятся квазистабильными только при высоком давлении.

Условия окружающей среды

Согласно базе данных SACADA [1] , первая группа включает структуры, называемые hP3, [2] tI12, [2] st12, [3] r8, [4] I41/a, [4] P41212, [4 ] m32, [5] m32*, [5] t32, [5] t32*, [5] H-carbon [6] и uni. [7] Среди них st12 carbon был предложен еще в 1987 году в работе Р. Бисваса и др. [3]

Углерод высокого давления

Следующие аллотропы принадлежат ко второй группе: MP8, [8] OP8, [8] SC4, [9] BC-8 [10] и (9,0). [11] Они гипотетически квазистабильны при высоком давлении. Углерод BC-8 является не только сверхплотным аллотропом, но и одной из старейших гипотетических углеродных структур; первоначально она была предложена в 1984 году в работе R. Biswas et al. [10] Структура MP8, предложенная в работе J. Sun et al. [8] , почти в два раза плотнее алмаза; ее плотность достигает 7,06 г/см 3 , и это самое высокое значение, о котором сообщалось до сих пор.

Ширина запрещенной зоны

Все гипотетические сверхплотные аллотропы углерода имеют разные ширины запрещенных зон по сравнению с другими. Например, SC4 [9] предположительно является металлическим аллотропом, в то время как st12, m32, m32*, t32, t32* имеют ширину запрещенных зон более 5,0 эВ. [5] [3]

Углеродные тетраэдры

Эти новые материалы будут иметь структуры, основанные на углеродных тетраэдрах, и будут представлять собой самые плотные из таких структур. На противоположном конце спектра плотности находится недавно теоретизированная тетраэдрическая структура, называемая T-углеродом. Она получается путем замены атомов углерода в алмазе на углеродные тетраэдры. В отличие от сверхплотных аллотропов, T-углерод будет иметь очень низкую плотность и твердость. [12] [13]

Ссылки

  1. ^ Хоффманн, Р .; Кабанов А.; Голов, А.; Прозерпио, Д. (2016). «Homo Citans и аллотропы углерода: за этику цитирования». Ангеванде Хеми . 55 (37): 10962–10976 . doi :10.1002/anie.201600655. ПМК  5113780 . ПМИД  27438532.
  2. ^ ab Zhu, Qiang; Oganov, Artem ; Salvadó, Miguel; Pertierra, Pilar; Lyakhov, Andriy (2011). "Denser than diamond: Ab initio search for superdense carbon allotropes". Physical Review B. 83 ( 19): 193410. Bibcode : 2011PhRvB..83s3410Z. doi : 10.1103/PhysRevB.83.193410.
  3. ^ abc Biswas, R.; Martin, RM; Needs, RJ; Nielsen, OH (1987). «Устойчивость и электронные свойства сложных структур кремния и углерода под давлением: расчеты функционала плотности». Physical Review B. 35 ( 18): 9559– 9568. Bibcode :1987PhRvB..35.9559B. doi :10.1103/PhysRevB.35.9559. PMID  9941381.
  4. ^ abc Mujica, A.; Pickard, CJ; Needs, RJ (2015). "Низкоэнергетические тетраэдрические полиморфы углерода, кремния и германия". Physical Review B. 91 ( 21): 214104. arXiv : 1508.02631 . Bibcode : 2015PhRvB..91u4104M. doi : 10.1103/PhysRevB.91.214104. S2CID  59060371.
  5. ^ abcde Li, Z.-Z.; Wang, J.-T.; Xu, L.-F.; Chen, C. (2016). "Ab initio предсказание сверхплотных тетрагональных и моноклинных полиморфов углерода". Physical Review B. 94 ( 17): 174102. Bibcode : 2016PhRvB..94q4102L. doi : 10.1103/PhysRevB.94.174102 .
  6. ^ Стронг, РТ; Пикард, К.Дж.; Милман, В.; Тимм, Г.; Винклер, Б. (2004). «Систематическое предсказание кристаллических структур: применение к sp3-гибридизованным углеродным полиморфам». Physical Review B. 70 ( 4): 045101. Bibcode : 2004PhRvB..70d5101S. doi : 10.1103/PhysRevB.70.045101.
  7. ^ Ohrstrom, L.; O'Keeffe, M. (2013). «Подход сетевой топологии к новым аллотропам элементов группы 14». Z. Kristallogr . 228 (7): 343–346 . doi : 10.1524/zkri.2013.1620 . S2CID  16881825.
  8. ^ abc Sun, J.; Klug, DD; Martoňák, R. (2009). «Структурные превращения в углероде под экстремальным давлением: за пределами алмаза». Журнал химической физики . 130 (19): 194512. Bibcode : 2009JChPh.130s4512S. doi : 10.1063/1.3139060. PMID  19466848.
  9. ^ ab Scandolo, S.; Chiarotti, GL; Tosatti, E. (1996). "SC4: Металлическая фаза углерода при терапаскальных давлениях". Physical Review B. 53 ( 9): 5051– 5054. Bibcode :1996PhRvB..53.5051S. doi :10.1103/PhysRevB.53.5051. PMID  9984087.
  10. ^ ab Biswas, R.; Martin, RM; Needs, RJ; Nielsen, OH (1984). «Сложные тетраэдрические структуры кремния и углерода под давлением». Physical Review B. 30 ( 6): 3210. Bibcode : 1984PhRvB..30.3210B. doi : 10.1103/PhysRevB.30.3210.
  11. ^ Ning, X.; Li, J.-F.; Huang, B.-L.; Wang, B.-L. (2015). "Низкотемпературный фазовый переход от нанотрубки к сверхтвердой углеродной фазе sp3". Chinese Physics B . 24 (6): 066102. Bibcode :2015ChPhB..24f6102X. doi :10.1088/1674-1056/24/6/066102. S2CID  250742083.
  12. ^ Шэн, Сянь-Лэй; Ян, Цин-Бо; Да, Фэй; Чжэн, Цин-Жун; Су, Банда (2011). «Т-углерод: новый аллотроп углерода». Письма о физических отзывах . 106 (15): 155703. arXiv : 1105.0977 . Бибкод : 2011PhRvL.106o5703S. doi : 10.1103/PhysRevLett.106.155703. PMID  21568576. S2CID  22068905.
  13. ^ "Новый аллотроп углерода может иметь множество применений". Phys.Org. 22 апреля 2011 г. Получено 10 июня 2011 г.
  • SACADA - Самарская база данных аллотропов углерода
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Сверхплотные_углеродные_аллотропы&oldid=1243245024"