18.12.2019
Ученые Московского физико-технического института и Института физики высоких давлений им. Верещагина РАН изучили два самых тугоплавких материала — графит и графен. С помощью компьютерного моделирования исследователи уточнили кривую плавления графита, изучение которой длится более ста лет и пестрит противоречивыми данными. Также они выяснили: процесс, который считался плавлением графена, на самом деле является возгонкой. Результаты опубликованы в журнале Carbon.
Графит — минерал, активно используемый в различных видах производств, в том числе для тепловой защиты космических аппаратов, поэтому точные сведения о его поведении при сверхвысоких температурах очень важны. Плавление графита начали исследовать еще в начале ХХ века. Около сотни экспериментальных работ в качестве температуры его плавления называли цифры в диапазоне от 3 000 до 7 000 К. Это очень большой разброс — непонятно, какой из цифр можно верить, какая из величин действительно температура плавления. Разные компьютерные модели тоже давали разные результаты. Идеей исследователей было сравнить несколько компьютерных моделей и попытаться выделить какие-то общие предсказания.
Исследователи Юрий Фомин и Вадим Бражкин использовали два метода, а потом полученные результаты сравнили с уже имеющимися экспериментальными и теоретическими данными. Выяснилось, что предсказанное в 1960-х годах максимум на кривой плавления графита действительно существует, хотя в этом специалисты периодически сомневались. Вторая часть работы была посвящена исследованию графена, точнее — его плавлению. Подобных экспериментов не проводилось. Ранее на основе компьютерного моделирования предсказывали , что температура плавления может составлять 4500 или 4900 K. Соответственно, двумерный углерод считали самым тугоплавким веществом в мире.
«В нашей работе мы обратили внимание на то, что «плавление» графена происходит неким странным образом, посредством образования линейных цепочек. Мы показали, что на самом деле там наблюдается не плавление, а переход сразу в газообразное состояние — возгонка», — комментирует Юрий Фомин, доцент кафедры общей физики МФТИ.
Эти результаты позволяют лучше понять природу фазовых переходов в низкоразмерных углеродных материалах, которые рассматриваются как важные составные части многих разрабатываемых сейчас технологий — от электроники до медицины.
Фото: пресс-служба МФТИ
Нет комментариев