À esquerda, seis carbonos amorfos representativos obtidos a partir de simulações MD em grande escala são plotados e diferenças topológicas óbvias podem ser identificadas claramente. À direita, é mostrado o diagrama de fases descontínuas dos carbonos amorfos, no qual as linhas tracejadas e juntamente com o índice 'n' fornecem a lei de potência ajustada, log(sp
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) ~ρ
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, para diferentes carbonos amorfos. Crédito:Science China Press A equipe do professor Wu HengAn da Universidade de Ciência e Tecnologia da China apresentou seis fases representativas de carbonos amorfos com base em simulações de dinâmica molecular (MD) em grande escala, alcançando uma paisagem microestrutural abrangente de carbonos amorfos.
Essas fases incluem rede desordenada de grafeno (DGN), carbono amorfo de alta densidade (HDAC), diafito amorfo (a-DG), diamante amorfo (aD), diamante paracristalino (pD) e diamante nanopolicristalino (NPD), respectivamente. A equipe conduziu uma análise minuciosa das características topológicas microestruturais e suas contribuições para a ordem de curto a médio alcance.
Notavelmente, o a-DG exibe características híbridas de grafite amorfa e diamante atomicamente desordenado, enquanto o pD apresenta numerosos nanonúcleos semelhantes a diamantes distribuídos dentro de uma matriz amorfa.
Suas características topológicas microestruturais apresentam uma notável semelhança com os carbonos amorfos recém-sintetizados em experimentos, e essa consistência sugere que os modelos simulados podem capturar efetivamente as várias microestruturas observadas em carbonos amorfos preparados experimentalmente.
Além disso, a equipe conduziu uma análise abrangente comparando dados de simulação com observações experimentais, levando ao desenvolvimento de um diagrama de fases no sp
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versus o plano de densidade.
O diagrama de fases revelou padrões intrigantes caracterizados por descontinuidades inesperadas, que resultam de diferenças inerentes na topologia microestrutural de vários tipos de carbonos amorfos. Curiosamente, a equipe descobriu uma lei de potência ajustada:log(sp
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) ~ρ
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, onde diferentes valores de 'n' indicam que a estabilidade microestrutural dos carbonos amorfos pode ser regulada pela manipulação do sp
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relação sob condições específicas de temperatura-pressão.
Apesar das variações significativas na desordem em escala atômica resultantes de mudanças na densidade, temperatura e pressão, ainda é possível distinguir diferentes tipos de carbonos amorfos através das microestruturas topológicas ordenadas de curto/médio alcance. Esta abordagem de classificação abre caminho para futuras investigações sobre as propriedades mecânicas e outros atributos relevantes dos carbonos amorfos.
Além disso, os pesquisadores exploraram possíveis caminhos de transição de fase entre diferentes tipos de carbono amorfo com base no diagrama de fases descontínuas. Eles descobriram que, ao recozer DGN sob condições de alta temperatura e alta pressão, podem ser obtidas estruturas típicas de carbono amorfo, como a-DG, a-D e p-D. Além disso, foi observada uma transição de fase reversível entre DGN e HDAC, consistente com cálculos recentes de primeiros princípios.
Portanto, pode haver transições de fase e evoluções microestruturais abundantes, ainda não descobertas, entre diferentes tipos de carbono amorfo sob condições apropriadas de temperatura-pressão. O objetivo da pesquisa de acompanhamento é investigar os mecanismos que governam essas transições de fase, fornecendo informações teóricas valiosas para a síntese experimental de materiais de carbono amorfo.
O trabalho foi publicado na revista National Science Review .
