Экспериментальные и теоретические исследования структуры и

1. Аллотропы бора
Рис.1. Структуры (a) альфа-бора, (b) гамма-бора, (c) нового металлического аллотропа с 52
атомами в ячейке
2. Аллотропы углерода.
Рис. 2. Кристаллическая и электронная структура наиболее плотных из возможных структур
углерода (a) hP3, (b) tI12, (c) tP12 аллотропов.
Tаблица 1. Энергия относительно алмаза (E), объем (V), модуль сжатия (B0) и его
производная по давлению Bo’, средняя длина связи (d), твердость (H), статическая
диэлектрическая постоянная εs для различных аллотропов.
Низкоэнергетические sp3-аллотропы углерода
Рис. 3. Фазы углерода, которые можно получить холодным сжатием графита-2H (а) при 20
ГПа: (b) лонсдейлит; (c) bct-C4; (d) Z-углерод; (e) M-углерод; (f) W-углерод; (g) M+D
структура.
Рис. 4. Структура, которые можно получить холодным сжатием графита -3R (а): (b) алмаз;
(c,d) B+D структура; (e,f) M+D структура; (g) X+D структура.
Рис. 5. (a) Новая форма углерода с топологией ‘5+7’, X-углерод. Пространственная группа
C2/c, a=5.559 A° , b=7.960 A° , c=4.752 A° , =114.65. (b) Новая форма с топологией ‘4+8’, Yуглерод, пространственная группа Cmca, a=4.364 A° , b=5.057 A° , c=4.374 A° .
3. Синтез микрокристаллов бора в системе В-Н при высоких давлениях и
температурах.
б)
а)
8
2200
2000
границы фаз
образцы с -rh бором
образцы тоько с -t бором
B10H14
7
10
 (-cm)
T (K)
6
rh бор
1800
1600
t бор
1400
10
5
10
P = 5 GPa
heating
cooling
TS
10
Eg = 1.48 eV
T = 565 K
4
10
1200
10
B10H14
1000
0
3
2
3
4
5
6
P (GPa)
7
8
10
9
0,0020
2
4
P(GPa)
0,0025
0,0030
-1
-1
T (K )
4
 (-cm)
2400
10
3
6
0,0035
Рис. 6. Фазовая диаграмма бора, полученного разложением декаборана B10H14 под давлением
(a) и температурная зависимость сопротивления порошкового образца α-t бора при
давлениях до 8 GPa в температурном интервале 300-600 K (б).
4. Синтез бороуглеродных фаз со структурой α-t бора при давлении 8-9 ГПа.
13,8
а)
б)
B49.5B2
13,7
l, Å
13,6
13,5
B50C2
13,4
13,3
B50N2
13,2
0,70 0,72 0,74 0,76 0,78 0,80 0,82 0,84 0,86
r, Å
Рис. 7. Элементарная ячейка α-t бора: крупными шариками помечены атомы в позиции 2b c
координатами (0,0,1/2) и (1/2, 1/2, 0) (a). Зависимость длины диагонали l от эффективного
радиуса r атома в позиции 2b тетрагональной ячейки, построенной по трем «опорным
точкам»: B50N2, B50C2 и B49.5B2 (б).
5. Синтез оксида бора
(а)
(б)
(в)
(д)
(г)
(е)
Рис. 8. Фотографии и символы граней для кристаллов фазы B2O3 II, выращенных как в
отсутствии температурного градиента (а-г), а также при наличии градиента температуры
(д-е).

Рис. 9. Дифракционный спектр для B2O3 II.
Таблица 2. Данные рентгеновской дифракции для B2O3 II (a=4.621(5) Å, b=7.813(8) Å,
c=4.134(4) Å).
200
400
600
800
1000
a
z (001) c
y (010)
a
Intensity (arb. units)
x (100)
b
parallel configuration
perpendicular
200
400
600
800
1000
-1
Raman shift (cm )
Рис. 10. Спектры комбинационного рассеяния на монокристаллах B2O3 II, записанные в
параллельной (красным) и перпендикулярной (синим) конфигурациях от грани A (а) и грани
С (b).
6. Изучение кинетики кристаллизации в условиях высоких давлений и температур
гетероалмазных фаз и новых
BCNO модификаций.
промежуточных по энергии метастабильных BCN и
Рис. 11. Схема снаряжения ячейки высокого давления
1 - контейнер из литографского камня, 2 – крышка из смеси порошков hBN и графита,
3 - hBN, 4 – графитовый нагреватель, 5 – нанопорошок алмаза, 6 - образец, 7 - термопара
Интенсивность
4
3
2
1
15
20
25
30
35
40
45
50
55
2
а
б
Рис. 12. Результаты анализа образцов, синтезированных при низких температурах
а – дифрактограммы (Cu Kα): 1 – hBN, 2 – меламин (8.0 ГПа, 500 °С, 1800 с), 3 – C3N4 (8.0
ГПа, 900 °С, 12 с), 4 – смесь бора с C3N4 (8.0 ГПа, 900 °С, 12 с); б – морфология частиц
нитрида углерода после термобарической обработки (8.0 ГПа, 900 °С, 12 с)
Рис. 13. Фазообразование при разложении нитрида углерода в окружении бора
(8.0 ГПа, 1500 ºС, 30 с)
а
б
Рис.14. Морфология частиц, синтезированных из смесей меламина с бором
a – частица карбида бора (1) и окружающая ее гексагональная BCN фаза (2) в
образце 247; b – гексагональная BCN фаза в образце 279
Таблица 3. Условия экспериментов и фазовый состав образцов
Условия эксперимента
№
опыта
Исходная
смесь
221
Фазовый состав образцов
Давление,
ГПа
Температура, °С
Скорость
нагрева,
C/сек
Время
выдержки
сек
Графитоподобная
фаза
Алмазоподобная
фаза
B13C2
Новая
кубич.
фаза
смесь-3
8.0
1000
500
12
90
-
10
-
304
смесь-1
7.5
1500
200
7
85*
-
10
5
366
смесь-6
7.5
1300
500
30
80*
15
5
-
330
смесь-2
6.5
1500
50
20
75
10
15
-
187
смесь-5
8.0
1000
50
40
75
20
5
-
366
смесь-6
8.0
1300
500
30
70
20
10
-
308
смесь-1
8.0
1700
100
10
55
35
10
-
201
смесь5н
8.0
1500
200
1
55*
15
5
25
302
смесь-6
7.0
1500
50
30
40
40
10
10
359
смесь-3
7.5
1200
50
30
40
50
10
-
247
смесь-2
7.0
1400
50
20
30*
50
10
10
318
смесь-6
8.5
1400
500
20
25
60
15
-
328
смесь-6
8.0
1600
50
20
20
70
10
-
244
смесь5н
7.0
1500
50
3
15*
60
10
15
311
смесь-1
8.0
1400
100
15
15
65
5
15
202
смесь5н
8.0
1500
100
1
5*
45
10
40
199
смесь-4
8.5
1400
100
3
5
65
10
20
223
смесь-3
8.0
1700
50
5
-
90
10
-
324
смесь-2
7.5
1400
50
30
-
85
5
10
296
образец
292
9.0
1400
500
12
-
75
10
15
323
смесь-1
5.0
1500
50
30
90
-
10
-
337
смесь-2
4.5
1500
500
60
90
-
10
-
316
смесь-6
4.5
1400
500
30
85
-
15
-
336
смесь-6
4.0
1700
50
60
85
-
15
-
344
смесь-2
4.5
1100
500
150
85
-
15
-
300
смесь-1
4.5
1400
100
20
85*
-
5
10
240
смесь-6
6.0
1400
500
20
75
-
15
10
292
смесь-6
4.5
1100
50
30
80
-
10
10
297
образец
292
6.0
1300
100
7
70
-
10
20
279
смесь-6
4.5
1500
50
30
70
-
10
20
Смесь-1 – 0.3В+0.65C3N4, смесь-2 – 0.35В+0.65C3N6H6, смесь-3 – 0.4В+0.6C3N4,
смесь-4 – 0.45В+0.55C3N4, смесь-5 – 0.5В+0.5C3N4, смесь-6 – 0.5В+0.5C3N6H6,
н – наносферическая модификация C3N4. * - образцы с новой гексагональной фазой
Transmission (arb. units)
 806
3
 1095
1382

2
1
 816
500
а
800
1100
1400
1700
2000
2300
-1
Wavenumber (cm )
б
Рис. 15. Результаты анализа hBCхN фазы (а) – высокое разрешение и электронная дифракция
кристалла (образец 316); (б) – ИК спектры гексагональных фаз: 1 – hBN, 2 – образец 292, 3 –
образец 304
а
б
г
в
Рис. 16. Морфология частиц кубических фаз: (а) – кристаллы cBCN, разделенные пленкой
B2O3; (б, в) – индивидуальные частицы и агрегаты cBCN, синтезированные из смесей бора с
меламином, (г) – кристалл алмаза.
Таблица 4. Параметры решетки кубических фаз, синтезированных при 8.0 ГПа
Экспериментальные условия
Скорость
нагрева, ºС/сек
100
200
300
Температура,
ºС
Время
выдержки, сек
1450-1500
Параметры
кубических фаз, Å
Количество фазы,
%
3.64037(11)
94.3 (cBCN)
3.57185(19)
3.63753(21)
5.7 (алмаз)
90.7 (cBCN)
3.57246(44)
3.64845(12)
9.3 (алмаз)
43.3 (cBCN)
3.63567(8)
49.3 (cBCN)
3.57219(25)
7.4 (алмаз)
1
1500-1550
5
1600-1650
10
Таблица 5. Элементный состав сBCN фазы
Mетод анализа
Среднее содержание элементов в частицах, ат.%
B
C
N
O
EDX (12 кристаллов)
42.8
11.9
37.1
8.2
EDS (9 кристаллов)
45.3
11.6
36.5
6.6
б
а
Рис. 17. Результаты анализа индивидуальных cBCхN частиц
(а) – ТЕМ анализ: EDS спектр с картиной электронной дифракции и изображением,
(б) – спектры комбинационного рассеяния кристаллов кубического и гексагонального
нитрида бора и cBCхN частиц.

Интенсивность
 - icBCN



3
2
cBCN
1
hBCN
B13C2
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
2
б
а
Рис. 18. Образцы, содержащие новую кубическую фазу
(а) – дифрактограммы, (б)- скол образца с дифрактограммой 3

Intensity




296
б




292
B13C2
19
24
29
34
39
44
49
2
а
в
Рис. 19. Синтез алмазоподобного агрегата из гексагональной BCхN фазы:
(а) – дифрактограммы образцов после синтеза гексагональной фазы и ее повторной
термобарической обработки ↓ - cBCN, - новая кубическая фаза, ◊ - hBCN;
(б) – излом компакта из частиц hBCN фазы; в - морфология частиц в алмазоподобном
агрегате
7. Теоретическое исследование динамических свойств жидкостей в закритической
области и области термодинамических аномалий.
Рис. 20. Качественные изменения температурных зависимостей скорости звука, вязкости и
теплопроводности флюида азота при давлениях выше критических (стрелкой указана
позиция линии Френкеля
Рис. 21. Схематическое изображение линии Френкеля на фазовой диаграмме