The paper presents the results of experimental modeling of glass-like carbon synthesis from high pressure supercritical fluid in the C–O–H system at temperature 800 °C and pressure 500…1000 atm. A full characterization of the carbon material is described on the basis numerous methods, such as CHNS-O analysis, scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, transmission electron microscopy, X-ray and electron diffraction, infrared and multiwave Raman spectroscopy. According to the features complex and comparison with industrial glassy carbon, the produced carbon material is classified as a glass-like substance. The results of the experimental synthesis demonstrate possible different formation mechanisms and, as a result, the polygenesis of glass-like state of carbon. The resulting material, due to a radically different method of synthesis (by polycondensation), can potentially have special surface and bulk properties.
Tatyana G. Shumilova – Dr. (Habilitated), main scientist, Institute of Geology FRC Komi SC UB RAS, Syktyvkar, Russia
Larisa A. Ivanova – Dr., senior scientist, Institute of the Earth`s Crust SB RAS, Irkutsk, Russia
Sergey I. Isaenko – Dr., senior scientist, Institute of Geology FRC Komi SC UB RAS, Syktyvkar, Russia
Vasily V. Ulyashev – Dr., scientist, Institute of Geology FRC Komi SC UB RAS, Syktyvkar, Russia
Vladimir Ya. Medvedev – Dr., leading engineer, Institute of the Earth’s Crust SB RAS, Irkutsk, Russia
Kuan Sun – Professor, School of Energy & Power Engineering, Group Leader of Laboratory of Flexible Renewable Energy Materials & Devices, Chongqing University, Chongqing, China
1. Шулепов С. В. Физика углеродных материалов. Челябинск: Металлургия, 1990. 334 с.
2. Hone J. I., Dresselhaus M., Dresselhaus G. E. Carbon nanotubes, synthesis, structure, properties and applications. Springer Science & Business Media, 2001. 448 p.
3. Gogotsi Y., Presser V. (Eds.). Carbon nanomaterials. 2nd ed. CRC Press, 2013. 529 p. URL: https://doi.org/10.1201/b15591
4. Harris P. J. F. Fullerene-related structure of commercial glassy carbons // Philosophical magazine. 2004. V. 84, No. 29. P. 3159 – 3167.
5. Uskokovi? V. A historical review of glassy carbon: Synthesis, structure, properties and applications // Carbon Trends. 2021. V. 5. P. 100116.
6. Вяткин Г. П., Байтингер Е. М., Песин Л. А. Определение характера гибридизации валентных состояний углерода спектроскопическими методами. Челябинск: ЧГТУ, 1996. 104 с.
7. 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, No. 2. P. 141 – 153.
8. Шумилова Т. Г. Минералогия самородного углерода. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 316 с.
9. Беленков Е. А., Грешняков В. А. Классификация структурных разновидностей углерода // Физика твердого тела. 2013. Т. 55, № 8. С. 1640 – 1650.
10. Blank V. D., Estrin E. I. Phase transitions in solids under high pressure (1st ed.). CRC Press, 2013. 450 p.
11. Brazhkin V. V., Solozhenko V. L. Myths about new ultrahard phases: Why materials that are significantly superior to diamond in elastic moduli and hardness are impossible // J. Appl. Phys. 2019. V. 125, No. 13. P. 130901.
12. Логинов Д. В., Алешина Л. А., Фофанов А. Д. Модели строения областей когерентного рассеяния антрацита, стеклоуглерода и шунгита // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. 2010. № 8(113). С. 99 – 104.
13. Kovalevsky V., Shchiptsov V., Sadovnichy R. Unique natural carbon deposits of shungite rocks of Zazhogino ore field, Republic of Karelia, Russia. In: SGEM Conference Proceedings of International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management. 2016. P. 673 – 680.
14. Kovalevski V. V., Buseck P. R., Cowley J. M. Comparison of carbon in shungite rocks to other natural carbons: An X-ray and TEM study // Carbon. 2001. V. 39. P. 243 – 256.
15. Kovalevski V., Shchiptsov V. Shungites and their industrial potential. In: Glagolev, S. (Eds.) 14th International Congress for Applied Mineralogy (ICAM2019). ICAM 2019. Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Springer, Cham. 2019. URL: https://doi.org/10.1007/978-3-030-22974-0_47
16. Chou N. H., Piece N., Lei Y., Fujisawa K. Carbonrich shungite as a natural resource for efficient Li-ion battery electrodes // Carbon. 2018. V. 130. P. 105 – 111.
17. Бехтерев А. Н., Золотарев В. М. Оптические свойства и структура графитоподобных кристаллических и аморфных модификаций углерода. Обзор // Оптико-механи-ческая промышленность. 1986. № 12. С. 41 – 53.
18. Бехтерев А. Н. Исследования пиро- и стеклоуглерода методом ИК-спектроскопии диффузного отражения в области основных колебательных мод // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. 2007. № 43. С. 182 – 186.
19. Сурменко Е. Л., Попов И. А., Соколова Т. Н. и др. Лазерные технологии и современное оборудование при изготовлении автоэмиссионных катодов из монолитного стеклоуглерода // Вакуумная техника и технология.2011. Т. 21, № 2. С. 95 – 98.
20. Шестеркин В. И. К вопросу об эффективной площади эмиссии матричных автокатодов из стеклоуглерода // Проблемы СВЧ электроники. 2013. Т. 1. С. 135 – 139.
21. Бушуев Н. А., Глухова O. E., Григорьев Ю. А. и др. Исследование эмиссионных характеристик многолучевой электронной пушки с автоэмиссионным катодом из стеклоуглерода // Журнал технической физики.2016. Т. 86, № 2. С. 134 – 139.
22. Harris P. J. F. Fullerene-like models for microporous carbon // J. Mater. Sci. 2013. V. 48. P. 565 – 577.
23. Пат. РФ на изобр. 2659275. Способ получения одномерных углеродных структур фотонного типа пиролизом этанола при повышенном давлении / Т. Г. Шумилова, В. Я. Медведев, Л. А. Иванова и др. Опубл. 29.07.2018, Бюл. № 19.
24. Пат. РФ на изобр. 2659277. Способ получения одномерных трехмерных углеродных структур фотонного типа пиролизом этанола при повышенном давлении / Т. Г. Шумилова, В. Я. Медведев, Л. А. Иванова и др. Опубл. 29.07.2018, Бюл. № 19.
25. Tuinstra F., Koenig J. L. Raman spectrum of graphite // Journal of Chemical Physics. 1970. V. 53. P. 1126 – 1130.
26. Wang Y., Alsmeyer D. C., McCreery R. L. Raman spectroscopy of carbon materials: structural basis of observed spectra // Chemistry of Materials. 1990. V. 2. P. 557 – 563.
27. Tan P., Dimovski S., Gogotsi Y. Raman scattering of non-planar graphite: arched edges, polyhedral crystals, arched edges, polyhedral crystals // Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2004. V. 362. P. 2289 – 2310.
28. Ferrari A. C., Robertson J. Raman spectroscopy of amorphous, nanostructured, diamond-like carbon, and nanodiamond // Philosophical Transactions of the Royal Society of London A. 2004. V. 362. P. 2477 – 2512.
29. Saito R., Furukawa M., Dresselhaus G., et al. Raman spectra of graphene ribbons // Journal of Physics: Condensed Matter. 2010. V. 22(33). P. 334203.
30. Beyssac O., Goffe B., Chopin C., et al. Graphitization in a high-pressure, low-temperature metamorphic gradient: a Raman microspectroscopy and HRTEM study // J. Metamorph. Geol. 2002. V. 20, No. 9. P. 859 – 871.
31. Sadezky A., Muckenhuber H., Grothe H., et al. Raman microspectroscopy of soot and related carbonaceous materials: Spectral analysis and structural information // Carbon. 2005. V. 43. P. 1731 – 1742.
32. Ferrari A. C., Robertson J. Resonant Raman spectroscopy of disordered, amorphous, and diamondlike carbon // Physical review B. 2001. V. 64, ls. 7. P. 075414.
33. Gupta V., Nakajima T., Ohzawa Y., et al. A study on the formation mechanism of graphite fluorides by Raman spectroscopy // Journal of Fluorine Chemistry. 2003. V. 120. P. 143 – 150.
34. Isaenko S. I., Shumilova T. G., Bocharov V. N., et al. Multiwave Raman spectroscopy of natural nanostructured carbons // American Mineralogist. 2024. V. 109. (in press).
35. 35. Reid R. C., Prausnitz J. M., Poling B. E. The properties of gases and liquids. McGraw-Hill: New York, 1987. 741 p.
The article can be purchased
electronic!
PDF format
700 руб
DOI: 10.14489/glc.2024.10.pp.017-027
Article type:
Research Article
Make a request
