Аллотропы сверхплотного углерода - Superdense carbon allotropes

Аллотропы сверхплотного углерода Предлагаются конфигурации атомы углерода в результате получается стабильный материал с более высокой плотностью, чем алмаз.

Известно несколько гипотетических аллотропов углерода, более плотных, чем алмаз. Все эти аллотропы можно разделить на две группы: первая гипотетически стабильна в условиях окружающей среды; вторые - аллотропы углерода высокого давления, которые становятся квазистабильными только при высоком давлении. Согласно SACADA[1]базу данных, в первую группу входят структуры, называемые hP3,[2] tI12,[2] st12,[3] r8,[4] I41 / а,[4] P41212,[4] м32,[5] m32 *,[5] t32,[5] t32 *,[5] H-углерод[6] и унив.[7] Среди них углерод st12 был предложен еще в 1987 г. в работе R. Biswas et al.[3]

MP8,[8] OP8,[8] SC4,[9] BC-8[10] и (9,0)[11] Ко второй группе относятся аллотропы углерода - они гипотетически квазистабильны при высоком давлении. Углерод BC-8 - это не только сверхплотный аллотроп, но и одна из древнейших 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 - его плотность достигает 7,06 г / см3 и это самое высокое значение, о котором сообщалось на данный момент.

Запрещенные зоны

Все гипотетические аллотропы сверхплотного углерода имеют разные запрещенные зоны по сравнению с другими. Например, SC4[9] предполагается, что это металлический аллотроп, в то время как st12, m32, m32 *, t32, t32 * имеют ширину запрещенной зоны больше 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 Т-углерод. Это достигается заменой атомов углерода в алмазе на тетраэдры углерода. В отличие от сверхплотных аллотропов, Т-углерод будет иметь очень низкую плотность и твердость.[12][13]

Рекомендации

  1. ^ Хоффманн, Р.; Кабанов, А .; Голов, А .; Просерпио, Д. (2016). «Homo Citans и углеродные аллотропы: за этику цитирования». Angewandte Chemie. 55 (37): 10962–10976. Дои:10.1002 / anie.201600655. ЧВК  5113780. PMID  27438532.
  2. ^ а б Чжу, Цян; Оганов Артем; Сальвадо, Мигель; Пертьерра, Пилар; Ляхов, Андрей (2011). "Плотнее алмаза: Ab initio поиск сверхплотных аллотропов углерода". Физический обзор B. 83 (19): 193410. Bibcode:2011PhRvB..83s3410Z. Дои:10.1103 / PhysRevB.83.193410.
  3. ^ а б c Biswas, R .; Martin, R.M .; Потребности, Р. Дж .; Нильсен, О. (1987). «Устойчивость и электронные свойства сложных структур кремния и углерода под давлением: плотно-функциональные расчеты». Физический обзор B. 35 (18): 9559–9568. Bibcode:1987ПхРвБ..35.9559Б. Дои:10.1103 / PhysRevB.35.9559. PMID  9941381.
  4. ^ а б c Mujica, A .; Pickard, C.J .; Потребности, Р. Дж. (2015). «Низкоэнергетические тетраэдрические полиморфы углерода, кремния и германия». Физический обзор B. 91 (21): 214104. arXiv:1508.02631. Bibcode:2015PhRvB..91u4104M. Дои:10.1103 / PhysRevB.91.214104. S2CID  59060371.
  5. ^ а б c d е Ли, З.-З .; Wang, J.-T .; Xu, L.-F .; Чен, К. (2016). «Ab initio предсказание сверхплотных тетрагональных и моноклинных полиморфов углерода». Физический обзор B. 94 (17): 174102. Bibcode:2016PhRvB..94q4102L. Дои:10.1103 / PhysRevB.94.174102.
  6. ^ Strong, R. T .; Pickard, C.J .; Мильман, В .; Thimm, G .; Винклер, Б. (2004). «Систематическое предсказание кристаллических структур: приложение к sp3-гибридизированным углеродным полиморфам». Физический обзор B. 70 (4): 045101. Bibcode:2004PhRvB..70d5101S. Дои:10.1103 / PhysRevB.70.045101.
  7. ^ Ohrstrom, L .; О'Киф, М. (2013). «Подход сетевой топологии к новым аллотропам группы 14 элементов». З. Кристаллогр. 228 (7): 343–346. Дои:10.1524 / zkri.2013.1620. S2CID  16881825.
  8. ^ а б c Sun, J .; Klug, D. D .; Martoňák, R. (2009). «Структурные превращения углерода под экстремальным давлением: за гранью алмаза». Журнал химической физики. 130 (19): 194512. Bibcode:2009ЖЧФ.130с4512С. Дои:10.1063/1.3139060. PMID  19466848.
  9. ^ а б Scandolo, S .; Chiarotti, G.L .; Тосатти, Э. (1996). «SC4: металлическая фаза углерода при терапевтическом давлении». Физический обзор B. 53 (9): 5051–5054. Bibcode:1996PhRvB..53.5051S. Дои:10.1103 / PhysRevB.53.5051. PMID  9984087.
  10. ^ а б Biswas, R .; Martin, R.M .; Потребности, Р. Дж .; Нильсен, О. (1984). «Сложные тетраэдрические структуры кремния и углерода под давлением». Физический обзор B. 30 (6): 3210. Bibcode:1984ПхРвБ..30.3210Б. Дои:10.1103 / PhysRevB.30.3210.
  11. ^ Нин, X .; Li, J.-F .; Huang, B.-L .; Ван, Б.-Л. (2015). «Низкотемпературное фазовое превращение нанотрубки в сверхтвердую углеродную фазу sp3». Китайская физика B. 24 (6): 066102. Bibcode:2015ЧФБ..24f6102X. Дои:10.1088/1674-1056/24/6/066102.
  12. ^ Шэн, Сиань-Лэй; Ян, Цин-Бо; Е, Фэй; Чжэн, Цин-Жун; Су, банда (2011). "T-Carbon: новый углеродный аллотроп". Письма с физическими проверками. 106 (15): 155703. arXiv:1105.0977. Bibcode:2011PhRvL.106o5703S. Дои:10.1103 / PhysRevLett.106.155703. PMID  21568576. S2CID  22068905.
  13. ^ «Новый углеродный аллотроп может иметь множество применений». Phys.Org. 22 апреля 2011 г.. Получено 2011-06-10.

внешняя ссылка