THICKNESS OF THE SURFACE LAYER OF AS-CLASS HYDROCARBONS

Abstract

В работе поставлена цель - это построение модели поверхностного слоя объектов (кристаллов) и выяснение роли поверхностной энергии в физических процессах, протекающих в области наноразмеров. В качестве объектов были выбраны каркасные углеводороды типа адамантана, которые имеют высокосимметричную алмазоподобную структуру. На основе эмпирической модели впервые проведено определение толщин поверхностного слоя и поверхностной энергии каркасных углеводородов. На практике это очень важно, поскольку все значимые в эксплуатации физические и химические процессы происходят через поверхностный слой. Для адамантана толщина этого слоя равна 21,6 нм, а для алмаза - 8,2 нм, то есть они представляют собой наноструктуру. Такое различие в толщине поверхностного слоя двух типов структур обуславливает их резкое отличие в их свойствах, в частности, в их поверхностной энергии, которая определяет их механические свойства. Для адамантана поверхностная энергия равна 378,7 мДж/м, а для алмаза - 9400 мДж/м. На практике исследователями установлено, что при ударно-волновом воздействии степень превращения адамантан → алмаз составляет почти 30 %. Работа адгезии для каркасных углеводородов имеет значение 400-500 мДж/м, а внутренние напряжения - 35-45 МПа, которые в поверхностном слое приводят к уменьшению адгезиционной прочности и возникновению обратного эффекта Холла-Петча. The aim of the work is to build a model of the surface layer of objects (crystals) and to elucidate the role of surface energy in physical processes occurring in the nanoscale region. Frame hydrocarbons of the adamantane type, which have a highly symmetrical diamond-like structure, were chosen as objects. On the basis of an empirical model, the thickness of the surface layer and the surface energy of framework hydrocarbons were determined for the first time. In practice, this is very important, since all physical and chemical processes significant in operation occur through the surface layer. For adamantane, the thickness of this layer is 21.6 nm, and for diamond it is 8.2 nm, that is, they represent a nanostructure. Such a difference in the thickness of the surface layer of the two types of structures causes their sharp difference in their properties, in particular, in their surface energy, which determines their mechanical properties. For adamantane, the surface energy is 378.7 mJ/m, and for diamond it is 9400 mJ/m. In practice, researchers have found that under shock-wave action, the degree of adamantane → diamond transformation is almost 30%. The work of adhesion for frame hydrocarbons is 400-500 mJ/m, and internal stresses are 35-45 MPa, which in the surface layer lead to a decrease in adhesive strength and the inverse Hall-Petch effect.