Cx-x особливості низькотемпературної теплоємності наноалмазу детонаційного синтезу

Cx-XОсобливості низькотемпературної теплоємності наноалмазу детонаційного синтезуО. О. Васільєв , В. Б. Муратов*, В. В. Гарбуз*, Ю. В. Нестеренко, Т. І. ДудаНаціональний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», 03056, пр. Перемоги, 37,.Київ, Україна*Інститут проблем матеріалознавства ім. І.Н. Францевича НАН України, 03680, вул. Кржижанівського 3, Київ, Україна Фізико-хімічні властивості наноалмазу детонаційного синтезу (надалі наноалмаз, НА) в останнє десятиріччя стали предметом інтенсивних досліджень, що пов’язано із надзвичайними перспективами практичного застосування цього матеріалу (див. наприклад, [1]). Однак досліджень термодинамічних властивостей НА, які є надзвичайно важливими для більш глибокого розуміння його природи, а також передбачення властивостей та поведінки в фізико-хімічних процесах, не досліджувалися. Тому, мета даної роботи полягала у дослідженні низькотемпературної теплоємності наноалмазу детонаційного синтезу та розрахунок на її основі його основних термодинамічних функцій. Дослідження проводили адіабатичним методом в інтервалі температур 60–300 К. Перевагою цього методу є можливість проведення досліджень на зразках достатньо масивних для отримання надійних абсолютних значень вимірюваної величини, а не лише особливостей температурної залежності теплоємності. Калориметричне обладнання було попередньо атестоване для роботи з алмазними матеріалами на крупнокристалічному алмазі [2]. Дані атестаційного експерименту разом із результатами проведеного авторами раніше розрахунку теплоємності алмазу в широкому інтервалі температур на основі його спектроскопічних та пружно-динамічних характеристик [3] були використані в якості порівняльного базису. Теплоємність НА досліджували двічі: на комерційному промисловому зразку (містить близько 10 % мас. N, O та H) та після проведення вакуумної термічної обробки (вміст газотвірних домішок знижено на половину). Це дало можливість оцінити вплив газотвірних домішок на теплоємність наноалмазу. Результати досліджень подані в таблиці.ТАБЛИЦЯ. Теплоємність Ср (Дж∙моль-1∙К-1) алмазних матеріалів та стандартні (Т = 298,15 К) значення їх основних термодинамічних функцій T,К Розрахунок [3] Алмаз [2] НА до ВТО НА після ВТО 60 0,06 0,12 0,60 0,45 80 0,13 0,18 0,86 0,59 100 0,27 0,28 1,13 0,78 120 0,48 0,48 1,48 1,05 150 0,99 1,02 2,19 1,74 200 2,30 2,39 3,87 3,35 250 4,07 4,14 5,81 5,22 298,15 6,00 6,15 8,78 7,27 300 6,08 6,16 7,83 7,37 Функція H0(T)-H0(0), Дж моль-1 515,612 526,918 823,438 713,379 S0(T), Дж моль-1 К-1 2,352 2,406 3,829 3,294 Φ0(T),Дж моль-1 К-1 0,622 0,638 1,067 0,902 На основі температурних залежностей теплоємності НА розраховані стандартні значення його основних термодинамічних функцій (таблиця). Приведені результати характеризують суттєві розбіжності в термодинамічних параметрах крупнокристалічного алмазу та НА, які не можуть бути пояснені тільки впливом газотвірних домішок (кисню, азоту та водню). Відмінності можуть бути зумовлені активними поверхневими атомами вуглецю, частка яких у загальній кількості є суттєвою порівняно із крупнокристалічним алмазом. 1. Долматов, В. Ю. Успехи химии, 76, № 4: 376 (2007). 2. Vasil’ev, O. O., Muratov, V. B., Duda, T. I. Journal of Superhard Materials, 32, No. 6: 375 (2011). 3. Васільєв, О. О., Муратов, В. Б., Дуда, Т. І.. Наукові вісті “КПІ”, № 3: 50 (2010).