Особливості теплоємності нанокристалічного алмазу детонаційного синтезу

Abstract

Досліджено теплоємність нанокристалічного алмазу детонаційного синтезу методом адіабатичної калориметрії в інтервалі температур 60–300 К. Значення теплоємності промислових зразків наноалмазу перевищують відповідні значення для крупнокристалічного алмазу на понад 30 %. Показано, що зазначене перевищення лише частково зумовлене домішками і для бездомішкового наноалмазу становить понад 15 %. Запропоновано пояснення цієї особливості теплоємності внеском поверхневих атомів вуглецю у низькоенергетичну густину фононних станів алмазу. На основі отриманих експериментально температурних залежностей теплоємності розраховано стандартні значення ентальпії, ентропії та зведеної енергії Гіббса промислового і бездомішкового наноалмазу.

Исследована теплоемкость нанокристалического алмаза детонационного синтеза методом адиабатической калориметрии в интервале температур 60–300 К. Значения теплоемкости промышленных образцов наноалмаза превышают соответствующие значения для крупнокристаллического алмаза на более чем 30 %. Показано, что это превышение лишь частично обусловлено примесями и для безпримесного наноалмаза составляет более 15 %. Предложено обьяснение этой особенности теплоемкости вкладом поверхностных атомов углерода в низкоэнергетическую плотность фононных состояний алмаза. На основании полученных экспериментально температурных зависимостей теплоемкости рассчитаны значения энтальпии, энтропии и приведенной энергии Гиббса промышленного и беспримесного наноалмаза.

The results of experimental investigation of the heat capacity of detonation nanodiamond by adiabatic calorimetry in temperature range 60–300 K are presented. The values of the heat capacity of industrial nanodiamond exceed the values for bulk diamond by over 30 %. It is shown, that the excess is only partially induced by impurities and for pure nanodiamond it amounts to over 15 %; an explanation suggested for this heat capacity peculiarity in terms of additional input into low energy phonon density of states from carbon atoms on nanodiamond surface. Standard values of enthalpy, entropy and reduced Gibbs free energy of industrial and pure nanodiamond were also computed and are presented here.