L'équipe du professeur Wu HengAn de l'Université des sciences et technologies de Chine a présenté six phases représentatives de carbones amorphes basées sur des simulations de dynamique moléculaire (MD) à grande échelle, obtenant ainsi un paysage microstructural complet de carbones amorphes.
Ces phases comprennent respectivement le réseau de graphène désordonné (DGN), le carbone amorphe haute densité (HDAC), le diaphite amorphe (a-DG), le diamant amorphe (a-D), le diamant paracristallin (p-D) et le diamant nano-polycristallin (NPD). L'équipe a mené une analyse approfondie des caractéristiques topologiques microstructurales et de leurs contributions à l'ordre à court et moyen terme.
Notamment, l'a-DG présente des caractéristiques hybrides de graphite amorphe et de diamant atomiquement désordonné, tandis que le p-D présente de nombreux nanonoyaux de type diamant répartis dans une matrice amorphe.
Leurs caractéristiques topologiques microstructurales présentent une ressemblance frappante avec les carbones amorphes nouvellement synthétisés lors d'expériences, et cette cohérence suggère que les modèles simulés peuvent capturer efficacement les diverses microstructures observées dans les carbones amorphes préparés expérimentalement.
De plus, l'équipe a mené une analyse complète en comparant les données de simulation avec les observations expérimentales, conduisant au développement d'un diagramme de phase dans le sp 3 /sp 2 par rapport au plan de densité.
Le diagramme de phase a révélé des modèles intrigants caractérisés par des discontinuités inattendues, qui proviennent de différences inhérentes à la topologie microstructurale de divers types de carbones amorphes. Fait intéressant, l'équipe a découvert une loi de puissance adaptée :log(sp 3 /sp 2 ) ~ ρ n , où différentes valeurs de « n » indiquent que la stabilité microstructurale des carbones amorphes peut être régulée en manipulant le sp 3 /sp 2 rapport dans des conditions de température-pression spécifiques.
Malgré des variations significatives du désordre à l'échelle atomique résultant de changements de densité, de température et de pression, il est toujours possible de distinguer différents types de carbones amorphes grâce aux microstructures topologiques ordonnées à courte et moyenne portée. Cette approche de classification ouvre la voie à des recherches plus approfondies sur les propriétés mécaniques et d'autres attributs pertinents des carbones amorphes.
En outre, les chercheurs ont exploré les chemins possibles de transition de phase entre différents types de carbone amorphe sur la base du diagramme de phases discontinues. Ils ont découvert qu'en recuit le DGN dans des conditions de température et de pression élevées, des structures de carbone amorphes typiques telles que a-DG, a-D et p-D peuvent être obtenues. De plus, une transition de phase réversible entre DGN et HDAC a été observée, ce qui est cohérent avec les récents calculs des premiers principes.
Par conséquent, il peut y avoir des transitions de phase et des évolutions microstructurales abondantes mais non découvertes entre différents types de carbone amorphe dans des conditions de température et de pression appropriées. L'objectif de la recherche de suivi est d'étudier les mécanismes régissant ces transitions de phase, fournissant ainsi des informations théoriques précieuses pour la synthèse expérimentale de matériaux carbonés amorphes.
Les travaux sont publiés dans la revue National Science Review .
Plus d'informations : YinBo Zhu et al, Diagramme de phase discontinue des carbones amorphes, National Science Review (2024). DOI : 10.1093/nsr/nwae051
Fourni par Science China Press
