Deze fasen omvatten respectievelijk een ongeordend grafeennetwerk (DGN), amorfe koolstof met hoge dichtheid (HDAC), amorf diafiet (a-DG), amorfe diamant (a-D), parakristallijne diamant (p-D) en nano-polykristallijne diamant (NPD). Het team voerde een grondige analyse uit van de microstructurele topologische kenmerken en hun bijdragen aan de orde op korte tot middellange termijn.

Opvallend is dat de a-DG hybride kenmerken vertoont van amorf grafiet en atomair ongeordende diamant, terwijl de p-D talrijke diamantachtige nanokernen vertoont die zijn verdeeld in een amorfe matrix.

Hun microstructurele topologische kenmerken vertonen een opvallende gelijkenis met de nieuw gesynthetiseerde amorfe koolstofatomen in experimenten, en deze consistentie suggereert dat de gesimuleerde modellen effectief de verschillende microstructuren kunnen vastleggen die worden waargenomen in experimenteel bereide amorfe koolstofatomen.

Bovendien voerde het team een ​​uitgebreide analyse uit door simulatiegegevens te vergelijken met experimentele waarnemingen, wat leidde tot de ontwikkeling van een fasediagram in de sp ³ /sp ² versus het dichtheidsvlak.

Het fasediagram onthulde intrigerende patronen die worden gekenmerkt door onverwachte discontinuïteiten, die voortkomen uit inherente verschillen in de microstructurele topologie van verschillende soorten amorfe koolstofatomen. Interessant genoeg ontdekte het team een ​​passende machtswet:log(sp ³ /sp ² ) ~ ρ ⁿ , waarbij verschillende waarden van 'n' aangeven dat de microstructurele stabiliteit van amorfe koolstofatomen kan worden gereguleerd door de sp ³ te manipuleren /sp ² verhouding onder specifieke temperatuur-drukomstandigheden.

Ondanks significante variaties in wanorde op atomaire schaal als gevolg van veranderingen in dichtheid, temperatuur en druk, is het nog steeds mogelijk om verschillende soorten amorfe koolstofatomen te onderscheiden via de geordende topologische microstructuren op korte en middellange afstand. Deze classificatiebenadering maakt de weg vrij voor verder onderzoek naar de mechanische eigenschappen en andere relevante kenmerken van amorfe koolstoffen.

Bovendien onderzochten de onderzoekers mogelijke faseovergangspaden tussen verschillende soorten amorfe koolstof op basis van het discontinue fasediagram. Ze ontdekten dat, door DGN uit te gloeien onder omstandigheden van hoge temperatuur en hoge druk, typische amorfe koolstofstructuren zoals a-DG, a-D en p-D kunnen worden verkregen. Bovendien werd een omkeerbare faseovergang tussen DGN en HDAC waargenomen, consistent met recente berekeningen uit de eerste beginselen.

Daarom kunnen er overvloedige maar nog onontdekte faseovergangen en microstructurele evoluties zijn tussen verschillende soorten amorfe koolstof onder geschikte temperatuur-drukomstandigheden. Het vervolgonderzoeksdoel is om de mechanismen te onderzoeken die deze faseovergangen beheersen, waardoor waardevolle theoretische inzichten worden verkregen voor de experimentele synthese van amorfe koolstofmaterialen.

Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift National Science Review .

Meer informatie: YinBo Zhu et al, Discontinu fasediagram van amorfe koolstofatomen, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae051

Aangeboden door Science China Press