Физика Низких Температур: Том 45, Выпуск 1 (Январь 2019), c. 3-45    ( к оглавлению , назад )

Низкотемпературные механические свойства фуллеритов: структура, упругость, пластичность, прочность (Обзор)

С.В. Лубенец1, Л.С. Фоменко1, В.Д. Нацик1,2, А.В. Русакова1

1Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины пр. Науки, 47, г. Харьков, 61103, Украина

2Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина пл. Свободы, 4, г. Харьков, 61077, Украина
E-mail: lubenets@ilt.kharkov.ua

Статья поступила в редакцию 31 мая 2018 г., опубликована онлайн 26 ноября 2018 г.

Анотація

Систематизовано та описано результати тривалих досліджень фізико-механічних властивостей молекулярних кристалів С60 і С70 (фулеритів). Ці матеріали — нова алотропна форма вуглецю, у них роль елементарних структурних одиниць відіграють фулерени — стабільні молекули з 60 та 70 атомів. Молекули об’єднані в кристалічні структури переважно дисперсійними (ван-дер-ваальсовими) силами з незначною часткою ковалентного зв’язку. Обговорено особливості кристалічних структур фулеритів та фазових перетворень в них, які обумовлені дисперсійними силами, орієнтаційним упорядкуванням та динамікою обертальних ступенів свободи молекул. Найбільш цікаві трансформації ґраткових структур та орієнтаційного стану молекул у фулеритах спостерігаються в інтервалі температур 77 К ≲ Т ≲ 350 К. Більшість експериментальних досліджень виконано при цих температурах, вони були спрямовані на вивчення впливу ґратково-орієнтаційних фазових перетворень на механічні властивості монокристалів, полікристалів та компактів. В них використано методи акустичної спектроскопії при низьких і високих частотах коливань, методи мікро- і наноіндентування та макродеформування. Детально описано кристалогеометричні аспекти і дислокаційні механізми пластичного ковзання в фулеритах, методи спостереження дислокацій та вивчення їх рухливості. Розглянуто також вплив на механічні властивості фулеритів різних зовнішніх факторів: освітлення (фотопластичний ефект), імпульсного магнітного поля (магнітопластичний ефект), тиску при компактуванні зразків (барополімеризація),насичення зразків з різною морфологією домішками водню, кисню та інертних газів. Обговорення результатів експериментів супроводжується коротким описом їх теоретичної інтерпретації на основі аналізу взаємодії пружних і пластичних деформацій ґратки фулерита з процесами орієнтаційного упорядкування, обертання і лібраційних коливань молекул.

Ключові слова: фуллерены, фуллериты, фазовые превращения, дислокации, пластичность, микротвердость, акустические свойства.