О поверхностных свойствах нано-алмаза

М.Н. Магомедов

Институт проблем геотермии Дагестанского научного центра РАН, 
Россия, г. Махачкала, пр-т Шамиля, д.39а, E-mail: mahmag@dinet.ru

Методом, описанным в [1-3], изучены зависимости удельной поверхностной энергии , изохорной производной удельной поверхностной энергии по температуре (  /  T)V , и поверхностного давления Psf от размера, формы поверхности и температуры нано-алмаза со свободной поверхностью. Нанокристалл имеет вид параллелепипеда с квадратным основанием, ограненный гранями {100}, число атомов N в котором изменялось от 5 до . Межатомное взаимодействие описывалось парным потенциалом Ми-Леннарда-Джонса, с параметрами определенными в [4]. Температуру Дебая, и параметр Грюнайзена считали независимыми от температуры и вычисляли методом, описанным в [5].
Для макро-алмаза получено: (20 K) = 6118.2 [10 – 3 Дж/м2], (/T)V(20 K) = 0; 
(4300 K) = 5710.8 [10 – 3 Дж/м2];      ( / T)V(4300 K) = – 106.89 [10 – 6 Дж/м2 K].
Рассчитаны изотермо-изоморфные размерные зависимости: (N), ((N)/T)V, f, поверхностного давления Psf(N), и «поверхностного давления Лапласа» Pls(N) для нано-алмаза при температурах от 20 K до 4300 K. Результаты показали, что при данных условиях поверхностная энергия положительна:  > 0. Это указывает на невозможность фрагментации нано-алмаза при температурах до 4300 K. Поверхностное давление: Psf(N)  N – 1/3, оказалось намного меньшим ( в 30 раз !), чем «давление Лапласа»: Pls  N – 1/3, для такого же изоморфного нанокристалла при данных значениях температуры, плотности и числа атомов. С ростом температуры от 20 K до 4300 K изотерма «давления Лапласа» Pls(N) понижается сравнительно мало, а изотерма результирующего поверхностного давления Psf(N) понижается довольно заметно и даже, изменив форму зависимости от размера, при высоких температурах заходит в область растяжения малых нанокристаллов.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 09– 08 – 96508) и Программы Президиума РАН (проект № 12.1.19).

ЛИТЕРАТУРА

[1] M.N. Magomedov. Physics of the Solid State. 46 (2004) 954.
[2] M.N. Magomedov. High Temperature. 43 (2005) 870.
[3] M.N. Magomedov. High Temperature. 47 (2009) 45.
[4] M.N. Magomedov. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 49 (2004) 1906.
[5] M.N. Magomedov. Physics of the Solid State. 45 (2003) 32.