Розрахунок термодинамічних властивостей графіту і графену за їх спектроскопічними та пружно-динамічними характеристиками

Стаття присвячена розрахунку низькотемпературної (0–300 К) теплоємності, ентальпії, ентропії та зведеної енергії Гіббса графіту і графену. Розрахунок температурних залежностей теплоємності здійснений з використанням як вихідних даних літературних відомостей про фононний спектр зазначених матеріалів і пружно-динамічні\характеристики графіту. Показано, що термодинамічні характеристики графену істотно перевищують відповідні величини для графіту. Запропоновано пояснення цих відмінностей особливостями фононного\спектра графену. На основі аналізу відмінностей значень ентальпії показано, що графен, порівняно з графітом, має більший запас\внутрішньої енергії. Оцінено співвідношення реакційної здатності та ймовірності формування в процесі синтезу графену і графіту за отриманими стандартними значеннями зведеної енергії Гіббса. Зроблено висновок про переваги використання результатів розрахунку при вивченні особливостей термодинамічних властивостей реальних зразків вуглецевих структур з шаруватою гексагональною будовою.

Рік видання: 
2013
Номер: 
3
УДК: 
536.631:211
С. 108–113. Іл. 1. Табл. 1. Бібліогр.: 15 назв.
Література: 

1. R. Hultgren et al. Selected Values of the Thermodynamic Properties of the Elements. Metals Park, Ohio: American Society for Metals, 1973, 1440 p.
2. N. Mounet and N. Marzari, “First-principles determination of the structural, vibrational and thermodynamic properties of diamond, graphite, and derivatives”, Phys. Rev. B, vol. 71, no. 20, pp. 205214, 2005.
3. Васільєв О.О., Муратов В.Б., Дуда Т.І. Розрахунок теплоємності алмазу за його спектроскопічними та пружно-динамічними характеристиками // Наукові вісті “КПІ”. — 2010. — № 3. — C. 14—23.
4. O.O. Vasiliev et al., “The study of low-temperature heat capacity of diamond: Calculation and experiment”, J. Superhard Mater., vol. 32, no. 6, pp. 375—382, 2011.
5. C. Oshima, “Surface phonon dispersion curves of graphite (0001) over the entire energy region”, Solid State Commun., vol. 65, no. 12, pp. 1601—1604, 1988.
6. H. Yanagisaw et al., “Analysis of phonons in graphene sheets by means of HREELS measurement andab initio calculation”, Surf. Interface Anal., vol. 37, no. 2, pp. 133—136, 2005.
7. S. Siebentritt et al., “Surface phonon dispersion in graphite and in a lanthanum graphite intercalation compound”, Phys. Rev. B, vol. 55, no. 12, pp. 7927—7934, 1997.
8. R. Nicklow et al., “Lattice Dynamics of Pyrolytic Graphite”, Phys. Rev. B, vol. 5, no. 12, pp. 4951—4962, 1972.
9. J. Maultzsch et al., “Phonon Dispersion in Graphite”, Phys. Rev. Lett., vol. 92, no. 7, pp. 1—4, 2004.
10. O. Dubay and G. Kresse, “Accurate density functional calculations for the phonon dispersion relations of graphite layer and carbon nanotubes”, Phys. Rev. B, vol. 67, no. 3, pp. 035401—035415, 2003.
11. A. Grüneis et al., “Determination of two-dimensional phonon dispersion relation of graphite by Raman spectroscopy”, Ibid, vol. 65, no. 15, pp. 155405—155419, 2002.
12. C. Mapelli et al., “Common force field for graphite and polycyclic aromatic hydrocarbons”, Ibid, vol. 60, no. 18, pp. 12710—12725, 1999.
13. S. Reich and C. Thomsen, “Raman spectroscopy of graphite”, Phil. Trans. A, vol. 362, no. 1824, pp. 2271—2288, 2004.
14. H. Pierson, Handbook of carbon, graphite, diamond and fullerenes: Properties, Processing and Applications. Park Ridge, NJ: Noyes Publications, 1993, 402 p.
15. A.C. Bailey, “Anisotropic Thermal Expansion of Pyrolytic Graphite at Low Temperatures”, J. Appl. Phys., vol. 41, no. 13, pp. 5088—5091, 1970.

Список літератури у транслітерації: 

1. R. Hultgren et al. Selected Values of the Thermodynamic Properties of the Elements. Metals Park, Ohio: American Society for Metals, 1973, 1440 p.
2. N. Mounet and N. Marzari, “First-principles determination of the structural, vibrational and thermodynamic properties of diamond, graphite, and derivatives”, Phys. Rev. B, vol. 71, no. 20, pp. 205214, 2005.
3. Vasil′i͡ev O.O., Muratov V.B., Duda T.I. Rozrakhunok teploi͡emnosti almazu za ĭoho spektroskopichnymy ta pruz͡hno dynamichnymy kharakterystykamy // Naukovi visti “KPI”. – 2010. – # 3. – C. 14–23.
4. O.O. Vasiliev et al., “The study of low-temperature heat capacity of diamond: Calculation and experiment”, J. Superhard Mater., vol. 32, no. 6, pp. 375–382, 2011.
5. C. Oshima, “Surface phonon dispersion curves of graphite (0001) over the entire energy region”, Solid State Commun., vol. 65, no. 12, pp. 1601–1604, 1988.
6. H. Yanagisaw et al., “Analysis of phonons in graphene sheets by means of HREELS measurement andab initio calculation”, Surf. Interface Anal., vol. 37, no. 2, pp. 133–136, 2005.
7. S. Siebentritt et al., “Surface phonon dispersion in graphite and in a lanthanum graphite intercalation compound”, Phys. Rev. B, vol. 55, no. 12, pp. 7927–7934, 1997.
8. R. Nicklow et al., “Lattice Dynamics of Pyrolytic Graphite”, Phys. Rev. B, vol. 5, no. 12, pp. 4951–4962, 1972.
9. J. Maultzsch et al., “Phonon Dispersion in Graphite”, Phys. Rev. Lett., vol. 92, no. 7, pp. 1–4, 2004.
10. O. Dubay and G. Kresse, “Accurate density functional calculations for the phonon dispersion relations of graphite layer and carbon nanotubes”, Phys. Rev. B, vol. 67, no. 3, pp. 035401 035415, 2003.
11. A. Grüneis et al., “Determination of two-dimensional phonon dispersion relation of graphite by Raman spectroscopy”, Ibid, vol. 65, no. 15, pp. 155405–155419, 2002.
12. C. Mapelli et al., “Common force field for graphite and polycyclic aromatic hydrocarbons”, Ibid, vol. 60, no. 18, pp. 12710 12725, 1999.
13. S. Reich and C. Thomsen, “Raman spectroscopy of graphite”, Phil. Trans. A, vol. 362, no. 1824, pp. 2271–2288, 2004.
14. H. Pierson, Handbook of carbon, graphite, diamond and fullerenes: Properties, Processing and Applications. Park Ridge, NJ: Noyes Publications, 1993, 402 p.
15. A.C. Bailey, “Anisotropic Thermal Expansion of Pyrolytic Graphite at Low Temperatures”, J. Appl. Phys., vol. 41, no. 13, pp. 5088–5091, 1970.

Текст статтіРозмір
2013-3-18.pdf215.45 КБ

Тематичні розділи журналу

,