Низкотемпературные механические свойства фуллеритов: структура, упругость, пластичность, прочность (Обзор)

Анотація

Систематизовано та описано результати тривалих досліджень фізико-механічних властивостей молекулярних кристалів С₆₀ і С₇₀ (фулеритів). Ці матеріали — нова алотропна форма вуглецю, у них роль елементарних структурних одиниць відіграють фулерени — стабільні молекули з 60 та 70 атомів. Молекули об’єднані в кристалічні структури переважно дисперсійними (ван-дер-ваальсовими) силами з незначною часткою ковалентного зв’язку. Обговорено особливості кристалічних структур фулеритів та фазових перетворень в них, які обумовлені дисперсійними силами, орієнтаційним упорядкуванням та динамікою обертальних ступенів свободи молекул. Найбільш цікаві трансформації ґраткових структур та орієнтаційного стану молекул у фулеритах спостерігаються в інтервалі температур 77 К ≲ Т ≲ 350 К. Більшість експериментальних досліджень виконано при цих температурах, вони були спрямовані на вивчення впливу ґратково-орієнтаційних фазових перетворень на механічні властивості монокристалів, полікристалів та компактів. В них використано методи акустичної спектроскопії при низьких і високих частотах коливань, методи мікро- і наноіндентування та макродеформування. Детально описано кристалогеометричні аспекти і дислокаційні механізми пластичного ковзання в фулеритах, методи спостереження дислокацій та вивчення їх рухливості. Розглянуто також вплив на механічні властивості фулеритів різних зовнішніх факторів: освітлення (фотопластичний ефект), імпульсного магнітного поля (магнітопластичний ефект), тиску при компактуванні зразків (барополімеризація),насичення зразків з різною морфологією домішками водню, кисню та інертних газів. Обговорення результатів експериментів супроводжується коротким описом їх теоретичної інтерпретації на основі аналізу взаємодії пружних і пластичних деформацій ґратки фулерита з процесами орієнтаційного упорядкування, обертання і лібраційних коливань молекул.