Поверхностные явления в графите и получение из него графена

PDF файл (Скачать)

МРНТИ 29.19.16
№1-2024
https://doi.org/10.53939/1560-5655_2024_1_19

Юров В.М., Жангозин К.Н., Жанабергенов Т.К., Каргин Д.Б.

Аннотация. В статье предложен обзор наших последних теоретических работ по графиту и графену. Предложена модель определения толщины поверхностного слоя графита, откуда можно вычислить прочность графита и графена, определить длину нанотрещин в поверхностном слое этих материалов. Предложена модель механизма расщепления графита и получения графена. Показано, что можно расщепить графит, используя для нагрева импульсный пикосекундный лазер. Предложена модель механизма расщепления графита водными растворами. В основу модели положена оригинальная инновационная методика применения для получения порошкового графена микрокластерной воды в сочетании с ультразвуком и электрическим полем. Предложена модель оценки барьера Пайерлса – Набарро, приводящего к торможению дислокаций в поверхностном слое графена. Показано, что барьер Пайерлса – Набарро в графене максимален для моновакансии.
Ключевые слова: графит, графен, поверхность, модель, дефект, механизм.

Список литературы

1 Novoselov K.S., Geim A.K., Morozov S.V., Jiang D., Zhang Y., Dubonos S.V., Grigorieva I.V., Firsov A.A. Electric field effect in atomically thin carbon films // Science, 2004, V. 306, № 5696. - P. 666-669.
2 Zhang T. Graphene. From Theory to Applications. – Springer, 2022. – 142 р.
3 Gupta R.K. (Editor) 3D Graphene. Fundamentals, Synthesis and Emerging Applications. - Springer, 2023. – 441 р.
4 Ермагамбет Б.Т., Казанкапова М.К., Касенов Б.К., Айтмагамбетова А.Ж., Куанышбеков Е.Е. Синтез графеносодержащих наноматериалов на основе кокса методом электродугового разряда // Химия твердого топлива, 2021, № 6. - С. 28-40.
5 Жангозин К.Н., Жанабергенов Т.К., Каргин Д.Б. О новом методе получения порошкового графена // Вестник ЕНУ им. Л. Гумилёва, 2021, том 136, №3. – С. 8-16.
6 Жангозин К.Н., Кешуов С.А., Жанабергенов Т.К. «Способ получения графена». Республика Казахстан, Патент 35840, 28 07 2021.
7 Жангозин К.Н., Кешуов С.А., Жанабергенов Т.К. «Получение графена». Республика Казахстан, Патент 6985, 28 07 2021.
8 Жангозин К.Н. Новый метод получения графена интеркаляцией графита микрокластерной водой. - Алматы: Darkhan, 2023. – 102 с.
9 Yurov V., Zhangozin K. Surface layer thickness, defects and strength of graphite // The scientific heritage, 2023, No 128. – Р. 20-27.
10 Жмуриков Е.И., Бубненков И.А., Дрёмов В.В., Самарин С.И., Покровский А.С., Харьков Д.В. Графит в науке и ядерной технике. – Новосибирск, 2013. – 193 с.
11 Bundy F.P., Bassett W.A., Weathers M.S., et al. The PressureTemperature Phase and Transformation Diagram for Carbon; Updated Through 1994 // Carbon, 1996, V. 34, N 2. - P. 141-153.
12 Ерасов В.С., Орешко Е.И. Причины зависимости механических характеристик трещиностойкости материала от размеров образца // Авиационные материалы и технологии, 2018, №3(52). – С. 56-64.
13 Yurov V., Zhangozin K. Аbout the mechanism of graphite splitting // International independent scientific journal, 2024, №58. – Р. 29-40.
14 Новоселов К.С. Графен: материалы Флатландии // Успехи физических наук, 2011, Т. 181, № 12. - С. 1299-1311.
15 Van Noorden R. Production: Beyond sticky tape // Nature, 2012, V. 483, № 7389. - P. S32-S33.
16 Hernandez Y., Nicolosi V., Lotya M., Blighe F.M., Sun Z.Y., De S., McGovern I.T., Holland B., Byrne M., Gun’ko Y.K., Boland J.J., Niraj P., Duesberg G., Krishnamurthy S., Goodhue R., Hutchison J., Scardaci V., Ferrari A. C. High-yield production of graphene by liquid-phase exfoliation of graphite // Nature Nanotechnology, 2008, V. 3, № 9. - P. 563-568.
17 Wu Y.H., Yu T., Shen Z.X. Two-dimensional carbon nanostructures: Fundamental properties, synthesis, characterization, and potential applications // Journal of Applied Physics, 2010, V. 108, № 7, 071301.
18 Kim K.S., Zhao Y., Jang H., Lee S.Y., Kim J.M., Kim K.S., Ahn J.H., Kim P., Choi J.Y., Hong B. H. Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes // Nature, 2009, V. 457, № 7230. - P. 706-710.
19 Sutter P.W., Flege J.–I., Sutter E.A. Epitaxial graphene on ruthenium // Nature. mater., 2008, V. 7, N. 5. - P. 406-411.
20 Никифоров А.А., Кондратенко М.С., Капитанова О.О., Галлямов М.О. Электрохимическое расщепление графита в сверхкритических средах // ДАН РАН. Химия, науки о материалах, 2020, том 492–493. - С. 128-133.
21 Лебедев С.П. Получение графена методом диссоциативного испарения (сублимации) поверхности SiC и исследование свойств структур графен/SiC. – Диссертация кандидата физ.-мат. наук, Санкт-Петербург, 2021. – 164 с.
22 Кочергин В.К. Бесплатиновые катализаторы восстановления кислорода для топливных элементов на основе плазмоэлектрохимически расщепленного графита. - Автореферат кандидата химических наук, Москва, 2022. - 26 с.
23 Кононенко Т.В. Лазерно-индуцированные графитизированные микроструктуры в объеме алмаза. - Диссертация доктора физико-математических наук, Москва, 2022. – 196 с.
24 Yurov V., Zhangozin K. Some questions of the theory of solution viscosity // German International Journal of Modern Science, 2023, №71. – Р. 34-41.
25 Yurov V.M., Zhangozin K.N. Аt the mechanism of graphite splitting bouby aqueous solutions // Znanstvena misel journal, 2024, №86. – Р. 41-49.
26 Lorenzen L.H. Process for preparing mcroclustered water. Patent Number: 5,711,95. Date of Patent: Jan. 27, 1998.
27 Lorenzen L.H. Microclustered water. Patent Number: 6,033,678. Date of Patent: Mar. 7, 2000.
28 Nilsson A., Pettersson L.G.M. Perspective on the structure of liquid water // Chemical Physics, 2011, V. 389. – P. 1-34.
29 Игнатов И., Мосин О.В., Великов Б. Математические модели, описывающие структуру воды // Интернет-журнал «Науковедение». 2013. №3. – C. 1-26.
30 Chen M, Ko H.-Yu, Remsing R.C. and etc. Ab initio theory and modeling of water // PNAS, 2017, Vol. 114, No. 41. – P. 1-12.
31 Chaplin M.F. Structure and Properties of Water in its Various States. Encyclopedia of Water: Science, Technology, and Society, edited by Patricia A. Maurice, 2019. – Р. 1-19.
32 Захаров С.Д., Мосягина И.В. Кластерная структура воды (обзор). Препринт Физический ин-т им. П.Н. Лебедева РАН. – Москва, 2011. – 24 с.
33 Полянская А.В., Полянский А.М., Полянский В.А. Связь явлений переноса с характеристиками кластерной структуры воды // Журнал технической физики, 2019, том 89, вып. 6. – С. 958-964.
34 Yurov V., Zhangozin K. Аbout the mechanism of mica splitting // Sciences of Europe, 2024, № 133. – Р. 97-104.
35 Yurov V., Zhangozin K. Оn the question of stone–weles defects in graphene // International independent scientific journal, 2024, №58. – Р. 42-53.
36 Yurov V., Zhangozin K. Barrier Peierls - Nabarro and migration monovacancies and multivacancies in grapheme // Norwegian Journal of development of the International Science, 2024, No 124. – P. 91-95.
37 Усатенко О.В., Горбач А.В., Ковалев А.С. Энергия и барьер Пайерлса дислокации (кинка) Френкеля–Конторовой // ФТТ, 2001, том 43, вып. 7. - С. 1202-1206.
38 Гринберг Б.А., Иванов М.А., Кругликов Н.А., Антонова О.В. О возможности автоблокировки дислокаций в различных материалах // ФММ, 2009, том. 108, №1. - С. 93-104.
39 Фан T., Луо Л., Ма Л., Танг Б., Пенг Л., Динг В. Исследование полных a-дислокаций в чистом магнии на основе первичных принципов // ПМТ, 2014, Т. 55, N4. - С. 141-151.
40 Петухов Б.В. Динамика дислокаций в твердых растворах ковалентных кристаллов // ФТТ, 2016, том 58, вып. 9. – С. 1764-1768.

References

1 Novoselov K.S., Geim A.K., Morozov S.V., Jiang D., Zhang Y., Dubonos S.V., Grigorieva V., Firsov A.A. Electric field effect in atomically thin carbon films // Science, 2004, V. 306, № 5696. - P. 666-669.
2 Zhang T. Graphene. From Theory to Applications. - Springer, 2022. - 142 р.
3 Gupta R.K. (Editor) 3D Graphene. Fundamentals, Synthesis and Emerging Applications. - Springer, 2023. - 441 р.
4 Ermagambet B.T., Kazankapova M.K., Kasenov B.K., Ajtmagambetova A.Zh., Kuany`shbekov E.E. Sintez grafenosoderzhashhikh nanomaterialov na osnove koksa metodom e`lektrodugovogo razryada // Khimiya tverdogo topliva, 2021, № 6. - S. 28-40.
5 Zhangozin K.N., Zhanabergenov T.K., Kargin D.B. O novom metode polucheniya poroshkovogo grafena // Vestnik ENU im. L. Gumilyova, 2021, tom 136, № 3. - S. 8-16.
6 Zhangozin K.N., Keshuov S.A., Zhanabergenov T.K. «Sposob polucheniya grafena». Respublika Kazakhstan, Patent 35840, 28 07 2021.
7 Zhangozin K.N., Keshuov S.A., Zhanabergenov T.K. «Poluchenie grafena». Respublika Kazakhstan, Patent 6985, 28 07 2021.
8 Zhangozin K.N. Novy`j metod polucheniya grafena interkalyacziej grafita mikroklasternoj vodoj. - Almaty`: Darkhan, 2023. - 102 s.
9 Yurov V., Zhangozin K. Surface layer thickness, defects and strength of graphite // The scientific heritage, 2023, № 128. - Р. 20-27.
10 Zhmurikov E.I., Bubnenkov I.A., Dryomov V.V., Samarin S.I., Pokrovskij A.S., Khar`kov D.V. Grafit v nauke i yadernoj tekhnike. - Novosibirsk, 2013. - 193 s.
11 Bundy F.P., Bassett W.A., Weathers M.S., et al. The Pressure-Temperature Phase and Transformation Diagram for Carbon; Updated Through 1994 // Carbon, 1996, V. 34, N 2. - P. 141-153.
12 Erasov V.S., Oreshko E.I. Prichiny` zavisimosti mekhanicheskikh kharakteristik treshhinostojkosti materiala ot razmerov obrazcza // Aviaczionny`e materialy` i tekhnologii, 2018, №3(52). - S. 56-64.
13 Yurov V., Zhangozin K. Аbout the mechanism of graphite splitting // International independent scientific journal, 2024, №58. - Р. 29-40.
14 Novoselov K. S. Grafen: materialy` Flatlandii // Uspekhi fizicheskikh nauk, 2011, T. 181, № 12 - S. 1299-1311. 15 Van Noorden R. Production: Beyond sticky tape // Nature, 2012, V. 483, № 7389. - P. S32-S33.
16 Hernandez Y., Nicolosi V., Lotya M., Blighe F.M., Sun Z.Y., DeS., McGovern I.T., Holland B., Byrne M., Gun’ko Y.K., Boland J.J., Niraj P., Duesberg G., Krishnamurthy S., Goodhue R., Hutchison J., Scardaci V., Ferrari A. C. High-yield production of graphene by liquid- phase exfoliation of graphite // Nature Nanotechnology, 2008, V. 3, № 9. - P.563-568.
17 Wu Y.H., Yu T., Shen Z.X. Two-dimensional carbon nanostructures: Fundamental properties, synthesis, characterization, and potential applications // Journal of Applied Physics, 2010, V. 108, № 7,071301.
18 Kim K.S., Zhao Y., Jang H., Lee S.Y., Kim J.M., Kim K.S.,Ahn J.H., Kim P., Choi J.Y., Hong B. H. Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes // Nature, 2009, V. 457, № 7230. - P. 706-710.
19 Sutter P.W., Flege J.-I., Sutter E.A. Epitaxial graphene on ruthenium // Nature. mater., 2008, V. 7, N. 5. - P. 406-411.
20 Nikiforov A.A., Kondratenko M.S., Kapitanova O.O., Gallyamov M.O. E`lektrokhimicheskoe rasshheplenie grafita v sverkhkriticheskikh sredakh // DAN RAN. Khimiya, nauki o materialakh, 2020, tom 492- 493. - S. 128-133.
21 Lebedev S.P. Poluchenie grafena metodom dissocziativnogo ispareniya (sublimaczii) poverkhnosti SiC i issledovanie svojstv struktur grafen/SiC. - Dissertacziya kandidata fiz.-mat. nauk, Sankt-Peterburg, 2021. - 164 s. 22 Kochergin V.K. Besplatinovy`e katalizatory` vosstanovleniya kisloroda dlya toplivny`kh e`lementov na osnove plazmoe`lektrokhimicheski rasshheplennogo grafita. - Avtoreferat kandidata khimicheskikh nauk, Moskva, 2022. - 26 s.
23 Kononenko T.V. Lazerno-induczirovanny`e grafitizirovanny`e mikrostruktury` v ob`eme almaza. - Dissertacziya doktora fiziko-matematicheskikh nauk, Moskva, 2022. - 196 s.
24 Yurov V., Zhangozin K. Some questions of the theory of solution viscosity // German International Journal of Modern Science, 2023, №71. - Р. 34-41.
25 Yurov V.M., Zhangozin K.N. Аt the mechanism of graphite splitting bouby aqueous solutions // Znanstvena misel journal, 2024, №86. - Р. 41-49.
26 Lorenzen L.H. Process for preparing mcroclustered water. Patent Number: 5,711,95. Date of Patent: Jan. 27, 1998.
27 Lorenzen L.H. Microclustered water. Patent Number: 6,033,678. Date of Patent: Mar. 7, 2000.
28 Nilsson A., Pettersson L.G.M. Perspective on the structure of liquid water // Chemical Physics, 2011, V. 389. - P. 1-34
29 Ignatov I., Mosin O.V., Velikov B. Matematicheskie modeli, opisy`vayushhie strukturu vody` // Internet-zhurnal «Naukovedenie». 2013. №3. - C. 1-26.
30 Chen M, Ko H.-Yu, Remsing R.C. and etc. Ab initio theory and modeling of water // PNAS, 2017, Vol. 114, No. 41. - P. 1-12.
31 Chaplin M.F. Structure and Properties of Water in its Various States. Encyclopedia of Water: Science, Technology, and Society, edited by Patricia A. Maurice, 2019. - Р. 1-19.
32 Zakharov S.D., Mosyagina I.V. Klasternaya struktura vody` (obzor). Preprint Fizicheskij in-t im. P.N. Lebedeva RAN. - Moskva, 2011. - 24 s.
33 Polyanskaya A.V., Polyanskij A.M., Polyanskij V.A. Svyaz` yavlenij perenosa s kharakteristikami klasternoj struktury` vody` // Zhurnal tekhnicheskoj fiziki, 2019, tom 89, vy`p. 6. - S. 958-964.
34 Yurov V., Zhangozin K. Аbout the mechanism of mica splitting // Sciences of Europe, 2024, № 133. - Р. 97-104.
35 Yurov V., Zhangozin K. On the question of stone-weles defects in graphene // International independent scientific journal, 2024, №58. - Р. 42-53.
36 Yurov V., Zhangozin K. Barrier Peierls - Nabarro and migration monovacancies and multivacancies in grapheme // Norwegian Journal of development of the International Science, 2024, No 124. - P. 91-95.
37 Usatenko O.V., Gorbach A.V., Kovalev A.S. E`nergiya i bar`er Pajerlsa dislokaczii (kinka) Frenkelya-Kontorovoj // FTT, 2001, tom 43, vy`p. 7. - S. 1202-1206.
38 Grinberg B.A., Ivanov M.A., Kruglikov N.A., Antonova O.V. O vozmozhnosti avtoblokirovki dislokaczij v razlichny`kh materialakh // FMM, 2009, tom. 108, №1. - S. 93-104.
39 Fan T., Luo L., Ma L., Tang B., Peng L., Ding V. Issledovanie polny`kh a-dislokaczij v chistom magnii na osnove pervichny`kh princzipov // PMT, 2014, T. 55, N4. - S. 141-151.
40 Petukhov B.V. Dinamika dislokaczij v tverdy`kh rastvorakh kovalentny`kh kristallov // FTT, 2016, tom 58, vy`p. 9. - S. 1764-1768.

Авторлар туралы мәліметтер
Юров Виктор Михайлович – физика-математика ғылымдарының кандидаты, «Восток» доценті, г. Астана, Қарағанды, Қазақстан e-mail: exciton@list.ru
Жанғозин Қанат Накошұлы – физика-математика ғылымдарының кандидаты, доцент «Восток», Астана, Қарағанды, Қазақстан e-mail: 4kzh@mail.ru
Жаңабергенов Тимурхан Құдайбергенұлы – PhD докторы «Шығыс», g. Астана, Қарағанды, Қазақстан e-mail: timur@parasat.com.kz
Қаргин Жұмат Бейсенбекұлы – физика-математика ғылымдарының кандидаты, Еуразия ұлттық университетінің доценті. Л.Н.Гумилева, Астана, Қазақстан e-mail: kargin_db@enu.kz.

Сведения об авторах
Юров Виктор Михайлович - кандидат физико-математических наук, доцент «Восток», г. Астана, Караганда, Казахстан e-mail: exciton@list.ru
Жангозин Канат Накошевич – кандидат физико-математических наук, доцент «Восток», г. Астана, Караганда, Казахстан e-mail: 4kzh@mail.ru
Жанабергенов Тимурхан Кудайбергенович - доктор PhD «Восток», г. Астана, Караганда, Казахстан e-mail: timur@parasat.com.kz
Каргин Джумат Бейсенбекович - кандидат физико-математических наук, доцент Евразийский национальный университет им. Л.Н.Гумилева, г. Астана,Казахстан e-mail: kargin_db@enu.kz.

Information about the authors
Yurov Viktor Mikhailovich - candidate of physical and mathematical sciences, associate professor "Vostok", g. Astana, Karaganda, Kazakhstan e-mail: exciton@list.ru
Zhangozin Kanat Nakoshevich – candidate of physical and mathematical sciences, associate professor “Vostok”, Astana, Karaganda, Kazakhstan e-mail: 4kzh@mail.ru
Zhanabergenov Timurkhan Kudaibergenovich - PhD Doctor “East”, g. Astana, Karaganda, Kazakhstan e-mail: timur@parasat.com.kz Kargin Jumat Beisenbekovich - Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor Eurasian National University. L.N. Gumileva, Astana, Kazakhstan e-mail: kargin_db@enu.kz

Создатель : Лариса Николаевна Гребцова

Создан : 22 августа 2024