МЕЖПЛОСКОСТНЫЕ РАССТОЯНИЯ В АЛМАЗЕ, ДЕФОРМИРОВАННОМ В РЕЗУЛЬТАТЕ МЕХАНОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Аннотация
Деформационные процессы в материалах влияют на их структуру и свойства, вследствие чего представляют интерес для исследователей. Методы высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии и рентгеновского анализа используются для изучения деформаций в кристаллических материалах. В данной работе исследовались частицы алмаза размером от 2 до 15 нм, обработанные в планетарной мельнице. Анализ структуры показал изменение межплоскостных расстояний в частицах: характерное для алмаза d111 = 0,206 нм увеличивалось до 0,220 нм. Такое расширение решетки не характерно для точечных дефектов и может быть связано только с разрывом межатомных связей. Исследование направлено на изучение механизмов деформации алмаза при высоких механических нагрузках, что имеет значение для потенциальных применений. Углеродные материалы, такие как алмаз, обладают высокой прочностью и твердостью благодаря ковалентным связям. При температурах ниже температуры Дебая алмаз почти не подвержен дислокационной пластичности, что делает его одним из самых прочных материалов. Пластическая деформация алмаза может происходить как под воздействием циклической нагрузки, так и под воздействием сдвиговых напряжений, что открывает новые перспективы для его использования в различных областях науки и техники. При обработке наночастиц алмаза в планетарной мельнице наблюдается процесс перехода метастабильной фазы (какой является алмаз) в термодинамически устойчивое состояние – графит. Такой переход происходит путем накопления дефектов в структуре алмаза, образования двойников, онионов и деформационных полос. Все это свидетельствует о сложной природе пластической деформации в алмазе.
Для цитирования:
Гордеева Т.А., Кульницкий Б.А., Овсянников Д.А., Попов М.Ю., Бланк В.Д. Межплоскостные расстояния в алмазе, деформированном в результате механохимической обработки. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 10. С. 49-54. DOI: 10.6060/ivkkt.20246710.2y.
Литература
Martinez V., Stolar T., Karadeniz B., Brekalo I., Užarević K. Advancing mechanochemical synthesis by combining milling with different energy sources. Nat. Rev. Chem. 2023. V. 7. P. 51–65. DOI: 10.1038/s41570-022-00442-1.
Baláž P., Achimovičová M., Baláž M., Billik P., Cherkezova-Zheleva Z., Criado J.M., Delogu F., Dutková E., Gaffet E., Gotor F.J., Kumar R., Mitov I., Rojac T., Senna M., Streletskii A., Wieczorek-Ciurowa K. Hall-marks of mechanochemistry: from nanoparticles to technology. Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. P. 7571-637. DOI: 10.1039/c3cs35468g.
Boldyreva E. Mechanochemistry of inorganic and organic systems: what is similar, what is different? Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. P. 7719–7738. DOI: 10.1039/c3cs60052a.
Lapshin O.V., Boldyreva E.V., Boldyrev V.V. Role of mixing and milling in mechanochemical synthesis (review). Russ. Zhurn. Neorg. Khim. 2021. V. 66. N 3. P. 402-424 (in Russian). DOI: 10.31857/S0044457X21030119.
Gordeeva T., Kulnitskiy B., Ovsyannikov D., Popov M., Blank V. Plastic deformation of diamond by mechanical twinning at temperatures significantly lower than Debye temperature. Chem. Phys. Lett. 2019. V. 730. P. 138–140. DOI: 10.1016/j.cplett.2019.05.057.
Gordeeva T., Kulnitskiy B., Popov M., Ovsyannikov D., Blank V. High-Pressure Si Phases and the Mutual Orienta-tion of Their Structures. HRTEM Studies. Phys. Solid State. 2021. V. 63. P. 844–849. DOI: 10.1134/S106378342106010X.
Ovsyannikov D., Zhukov V., Gordeeva T., Antipina L., Sorokin P., Kulnitskiy B., Popov M., Blank V. Intermedi-ate carbon phase. New experimental data and atomic model. Diam. Rel. Mater. 2022. V. 123. P. 108825. DOI: 10.1016/j.diamond.2022.108825.
Smith E.M. Plastic Deformation: How and Why Are Most Diamonds Slightly Distorted? Gems Gemol. 2023. V. 59. P. 94–100.
Tong K., Zhang X., Li Z., Wang Y., Luo K., Li C., Jin T., Chang Y., Zhao S., Wu Y., Gao Y., Li B., Gao G., Zhao Z., Wang L., Nie A., Yu D., Liu Z., Soldatov A.V., Hu W., Xu B., Tian Y. Structural transition and migration of incoherent twin boundary in diamond. Nature. 2024. V. 626. P. 79-85. DOI: 10.1038/s41586-023-06908-6.
Popov M., Bondarenko M., Kulnitskiy B., Zholudev S., Blank V., Terentyev S. Impulse laser cutting of diamond accompanied by phase transitions to fullerenetype onions. Diam. Relat. Mater. 2021. V. 113. P. 108281. DOI: 10.1016/j.diamond.2021.108281.
Tian B., Ma W., Chen S., Sun F., Wang X. Effects of pulsed laser processing on structural evolution of diamonds - A molecular dynamics and experimental study. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2024. V. 119. P. 106560. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2024.106560.
Zhang S.J., To S., Zhang G.Q. Diamond tool wear in ultra-precision machining. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2017. V. 88. P. 613–641. DOI: 10.1007/s00170-016-8751-9.
Popov M., Kulnitskiy B., Blank V. Superhard materials based on fullerenes and nanotubes. In: Comprehensive Hard Materials. Ed. by V.K. Sarin. Oxford: Elsevier. 2014. P. 515–538. DOI: 10.1016/B978-0-08-096527-7.00057-X.
Gilman J.J. Chemistry and Physics of Mechanical Hard-ness. John Wiley & Sons. 2009. DOI: 10.1002/9780470446836.
Nie A., Bu Y., Li P., Zhang Y., Jin T., Liu J., Su Z., Wang Y., He J., Liu Z., Wang H., Tian Y., Yang W. Approaching diamond’s theoretical elasticity and strength limits. Nat. Commun. 2019. V. 10. P. 5533. DOI: 10.1038/s41467-019-13378-w.
Popov M. Yu., Churkin V. D., Kulnitskiy B. A., Kirichenko A. N., Bulatov K. M., Bykov A. A, Zinin P. V., Blank V. Transformation of diamond to fullerene-type onions at pressure 70 GPa and temperature 2400 K. Nanotech-nology. 2020. V. 31. P. 315602. DOI: 10.1088/1361-6528/ab8b8f.
Kulnitskiy B.A., Gordeeva T.A., Ovsyannikov D.A., Popov M.Yu., V.D. Blank. Phase transformations of group IV elements: carbon, silicon, germanium after treatment under cyclic stresses up to 6 GPa. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 12. P. 10-15. DOI: 10.6060/ivkkt.20206312.8у.
Gordeeva T.A., Kulnitskiy B.A., Popov M.Yu., Ovsyannikov D.A., Blank V.D. Structural features of silicon, ger-manium and diamond after processing in a planetary mill. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 12. P. 60-65. DOI: 10.6060/ivkkt.20216412.6y.
Nikolaenko V.A., Krasikov E.A. Influence of intensity of reactor irradiation on expansion of diamond crystal lattice. Atomnaya Energiya. 2013. V. 115. P. 223-239 (in Russian). DOI: 10.1007/s10512-014-9782-7.
Nikolaenko V.A., Krasikov E.A., Amayev A.D. Effect of repeated irradiation on radiation damage in diamond. Atomnaya Energiya. 2013. V. 114. P. 103-104 (in Russian). DOI: 10.1007/s10512-013-9681-3.
Konobeevsky S.T., Butra F.P. Diffuse scattering of X-rays in irradiated crystals of diamond, corundum, silicon and germanium. Atomnaya Energiya. 1958. V. 5. P. 572-573 (in Russian). DOI: 10.1007/BF01498498.
