El equipo del profesor Wu HengAn de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China ha presentado seis fases representativas de carbonos amorfos basadas en simulaciones de dinámica molecular (MD) a gran escala, logrando un panorama microestructural integral de carbonos amorfos.
Estas fases incluyen red de grafeno desordenada (DGN), carbono amorfo de alta densidad (HDAC), diafito amorfo (a-DG), diamante amorfo (a-D), diamante paracristalino (p-D) y diamante nanopolicristalino (NPD), respectivamente. El equipo llevó a cabo un análisis exhaustivo de las características topológicas microestructurales y sus contribuciones al orden de corto a mediano plazo.
En particular, el a-DG exhibe características híbridas de grafito amorfo y diamante atómicamente desordenado, mientras que el p-D muestra numerosos nanonúcleos similares a diamantes distribuidos dentro de una matriz amorfa.
Sus características topológicas microestructurales tienen un parecido sorprendente con los carbonos amorfos recientemente sintetizados en experimentos, y esta consistencia sugiere que los modelos simulados pueden capturar efectivamente las diversas microestructuras observadas en carbonos amorfos preparados experimentalmente.
Además, el equipo llevó a cabo un análisis exhaustivo comparando datos de simulación con observaciones experimentales, lo que llevó al desarrollo de un diagrama de fases en el sp 3 . /sp 2 versus el plano de densidad.
El diagrama de fases reveló patrones intrigantes caracterizados por discontinuidades inesperadas, que surgen de diferencias inherentes en la topología microestructural de varios tipos de carbonos amorfos. Curiosamente, el equipo descubrió una ley de potencia ajustada:log(sp 3 /sp 2 ) ~ ρ n , donde diferentes valores de 'n' indican que la estabilidad microestructural de los carbonos amorfos se puede regular manipulando el sp 3 /sp 2 relación bajo condiciones específicas de temperatura-presión.
A pesar de las variaciones significativas en el desorden a escala atómica resultantes de cambios en densidad, temperatura y presión, todavía es posible distinguir diferentes tipos de carbonos amorfos a través de microestructuras topológicas ordenadas de rango corto/medio. Este enfoque de clasificación allana el camino para futuras investigaciones sobre las propiedades mecánicas y otros atributos relevantes de los carbonos amorfos.
Además, los investigadores exploraron posibles rutas de transición de fase entre diferentes tipos de carbono amorfo basándose en el diagrama de fases discontinuo. Descubrieron que, al recocer DGN en condiciones de alta temperatura y alta presión, se pueden obtener estructuras de carbono amorfas típicas como a-DG, a-D y p-D. Además, se observó una transición de fase reversible entre DGN y HDAC, de acuerdo con cálculos recientes de primeros principios.
Por lo tanto, puede haber abundantes transiciones de fase y evoluciones microestructurales aún no descubiertas entre diferentes tipos de carbono amorfo en condiciones apropiadas de temperatura y presión. El objetivo de la investigación de seguimiento es investigar los mecanismos que gobiernan estas transiciones de fase, proporcionando valiosos conocimientos teóricos para la síntesis experimental de materiales de carbono amorfo.
El trabajo se publica en la revista National Science Review. .
Más información: YinBo Zhu et al, Diagrama de fases discontinuas de carbonos amorfos, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae051
Proporcionado por Science China Press
