Pseudophysical sorption of aluminum in carbon honeycomb structures

Анотація

Вуглецеві стільники (ВС) вперше були експериментально виявлені та структурно ідентифіковані майже десять років тому. Раніше вони продемонстрували високу сорбційну здатність відносно різних газів. У цій роботі ми з’ясовуємо роль іншого типу міжатомних зв’язків у передбачуваному поглинанні алюмінію в каналах ВС. Зразки ВС з каналами, заповненими Al, були підготовлені при трьох різних температурах: T ≈ 25, 650 та 1000 °C. Експерименти з високоенергетичної електронної дифракції, поєднані зі структурним моделюванням, показали, що структури ВС можуть містити металоподібні нанорозмірні алюмінієві стрижні всередині своїх каналів. Побудова моделей базується на припущенні псевдофізичної сорбції алюмінію, яка не збурює матриці. Виявлено три різні механізми заповнення матриць ВС алюмінієм залежно від температури. При кімнатній температурі ми спостерігали пряме осадження Al з парової фази в ширших каналах ВС, при T ≈ 650 °C було виявлено, що переважає дифузійний механізм сорбції з початково осаджених плівок Al, тоді як при T ≈ 1000 °C плівки Al плавилися та в рідкій формі проникали всередину каналів ВС. Матриці ВС, що беруть участь у поглинанні Al, демонструють низьку густину, яка коливається від 1,28 до 1,55 г/см³, що вказує на високу пористість; найвузькі канали (у ВС з вищою густиною) були заповнені при температурі ≈ 1000 °C з рідкої фази Al. Ці результати підкреслюють потенціал коміркових структур ВС як універсальної платформи для створення нових композитних матеріалів з металоподібними нанострижнями, вбудованими в канали ВС.