Фазовые переходы в графите и графене при холодном сжатии / Тихомирова Г.В., Петросян Т.К., Суханова Г.В., Тебеньков А.В.

В данной работе представлены результаты исследований барических зависимостейпроводимости и термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) трёх типов графита (порошкообразный графитмалозольный особо чистый (ГМЗ ОСЧ), высокоориентированный пиролитический графит (ВОПГ) иприродный графит (ПГ) из приангарского месторождения) и двух марок графена при комнатнойтемпературе. Измерения проводились в камере высокого давления с алмазными наковальнями изсинтетических алмазов «карбонадо». Методика позволяет проводить исследование одного и того жеобразца несколькими циклами увеличения – снижения давления на образец.На зависимостях R(P) всех образцов графита обнаружен ряд особенностей. Причем если дляобразцов ГМЗ ОСЧ и ПГ область обнаруженных особенностей несколько размыта и составляет 20-35ГПа, то для ВОПГ особенности наблюдаются в двух областях давлений - 20-27 и 30-35 ГПа.Наблюдавшиеся особенности связываются с фазовыми переходами в графите при этих давлениях [1].Зависимости ТЭДС(Р) образца ВОПГ для циклов, измеренных до 16 и до 19 ГПа, почти неотличаются, гистерезис практически отсутствует. Для циклов при давлениях до 29 и до 35 ГПахарактерно наличие большого гистерезиса, что указывает на формирование новой фазы. И, наконец,для цикла, измеренного до 47 ГПа видно, что гистерезис становится незначительным, т.е. новоесостояние уже сформировалось. Для образца ГМЗ ОСЧ ситуация отличается. Не обнаружено третьегоэтапа (полного формирования нового состояния). Для образцов природного графита характерноналичие большого гистерезиса для зависимостей 29-39 ГПа, однако зависимости ТЭДС(P) приизмерениях до 47 ГПа хотя и имеют меньший гистерезис, чем для ГМЗ ОСЧ, но гистерезисприсутствует. Кроме того, в отличии от ВОПГ и ГМЗ ОСЧ для природного графита наблюдается ростТЭДС в зависимости от цикла нагружения, что требует дополнительных исследований.Таким образом, на зависимостях R(P) образцов ГМЗ ОСЧ и ПГ обнаружен ряд особенностей,которые в большинстве своём обратимы при снятии нагрузки. Возможно, для этих образцовтребуются либо большие давления, либо предварительная обработка. На барических зависимостяхсопротивления для ВОПГ особенности выражены сильнее, что, по-видимому, связано с высокойориентацией плоскостей в этом образце. Так как исследование ТЭДС является более структурночувствительным методом, особенности на графиках ТЭДС(Р) более ярко выражены, чем длязависимостей R(P). Однако области давлений, в которых обнаружены особенности, совпадают дляобеих методик. Из результатов исследования барической зависимости ТЭДС для ВОПГ можносделать вывод, что возможно получение относительно стабильной углеродной фазы высокогодавления. Для ГМЗ ОСЧ и природного графита данного диапазона давлений и времени обработкидавлением недостаточно для окончательного формирование новой фазы. Т.е. фазовый переход вграфите при высоком давлении зависит от вида исходного образца.Зависимости R(P) для графена имеют вид, аналогичный графиту, но величины сопротивленияграфена почти на порядок выше. Зависимости термоэдс графена и графита от давления имеютпохожий характер. В графене также обнаружены особенности термоэдс в диапазоне давлений от ~22ГПа до ~34 ГПа.