Влияние примесных молекул кислорода на структурные и термодинамические свойства фуллерита С₆₀

Abstract

Проведена интеркаляция фуллерита С₆₀ молекулами кислорода двумя методами — в обычных условиях насыщения при комнатной температуре и давлении газа 1 атм, а также при повышенных температуре (373 К) и давлении (10 атм). Определены временные зависимости параметра решетки фуллерита при интеркаляции, что позволило оценить энергию активации и коэффициенты диффузии молекул кислорода в фуллерите С₆₀. Показано, что повышение температуры и давления газа увеличивает, почти в 5 раз, коэффициент диффузии: от D≈(1,6±1,9)·10⁻¹⁴ см²/с при атмосферном давлении и комнатной температуре до D≈(7,1±1,9)·10⁻¹⁴ см²/с в случае давления Р=10 атм и температуры Т=373 К. На основании проведенного анализа полученных результатов совместно с литературными данными о влиянии атомарных и молекулярных примесей на свойства С₆₀ определены концентрация кислорода в октаэдрических пустотах и температуры фазовых переходов в растворах. Исследовано влияние примеси кислорода на характеристики ориентационного фазового перехода и температурную зависимость решеточного параметра.

Проведено інтеркаляцію фулерита С₆₀ молекулами кисню двома методами — у звичайних умовах насичення при кімнатній температурі та тиску газу 1 атм, а також при підвищених температурі (373 К) та тиску (10 атм). Визначено часові залежності параметра гратки фулерита при інтеркаляції, що дозволило оцінити енергію активації та коефіцієнти дифузії молекул кисню у фулериті С₆₀. Показано, що підвищення температури та тиску газу збільшує, майже у 5 разів, коефіцієнт дифузії: від D≈(1,6±1,9)·10⁻¹⁴ см²/с при атмосферному тиску та кімнатній температурі до D≈(7,1±1,9)·10⁻¹⁴ см²/с у випадку тиску Р=10 атм і температури Т=373 К. На підставі проведеного аналізу результатів, які отримано, разом з літературними даними про вплив атомарних і молекулярних домішок на властивості С₆₀ визначено концентрацію кисню в октаедричних порожнинах і температури фазових переходів у розчинах. Досліджено вплив домішки кисню на характеристики орієнтаційного фазового переходу та температурну залежність параметру гратки.

The intercalation of C₆₀ with O₂ molecules was carried out under two different conditions. We used room temperature and 1 atm pressure of O₂ gas in the first case, and 373 K temperature and 10 atm pressure in the second one. The time dependence of lattice parameter was determined which allowed us to estimate activation energy and diffusion coefficients of O₂ molecules in fullerite C₆₀. It is shown that an increase of O₂ gas pressure and intercalation temperature causes the diffusion coefficient to increase by a factor of five from D≈(1.6±1.9)·10⁻¹⁴ cm²/s at room temperature and 1 atm pressure to D≈(7.1±1.9)·10⁻¹⁴ cm²/s in the case of 10 atm pressure and 373 K temperature. The comparison between our experimental data and literature results on the effect of atomic and molecular impurities on C₆₀ properties made it possible to estimate the O₂ concentration in C₆₀ octahedral voids and phase transition temperatures in C₆₀–O₂ solutions. The oxygen influence on orientational phase transition characteristics and of temperature dependence lattice parameter were investigated.