Теплоемкость 1D цепочек молекул метана во внешних канавках связок углеродных нанотрубок

Abstract

В области температур 2–60 К впервые измерена теплоемкость при постоянном давлении Сp 1D цепочек молекул метана, адсорбированных в канавки на внешней поверхности связок закрытых на концах одностенных углеродных нанотрубок. Характер температурной зависимости Сp ниже 12 К указывает на наличие аномалии типа Шоттки, обусловленной туннельными переходами между нижайшими энергетическими уровнями вращательных спектров А-, Т- и Е-спин-ядерных модификаций молекул метана. Наблюдаемая особенность в области 14 К, по-видимому, обусловлена ориентационным фазовым переходом, при котором характер вращательного движения молекул изменяется от либраций к заторможенному вращению. Обнаружено, что величина вращательной теплоемкости в интервале температур 30–40 К близка к таковой для свободного вращения молекул метана. Увеличение производной dCp(T)/dT выше 40 К и особенность в Cp(Т) вблизи 52 К обусловлены, по нашему мнению, процессами распада 1D цепочек СН₄.

В області температур 2–60 К вперше виміряно теплоємність при постійному тиску Сp 1D ланцюжків молекул метану, адсорбованих в канавки на зовнішній поверхні в’язок закритих на кінцях одностінних вуглецевих нанотрубок. Характер температурної залежності Сp нижче 12 К указує на присутність аномалії типу Шотткі, обумовленої тунельними переходами між найнижчими енергетичними рівнями обертальних спектрів А-, Т- і Е-спін-ядерних модифікацій молекул метану. Особливість, що спостерігається в області 14 К, мабуть обумовлена орієнтаційним фазовим переходом, при якому характер обертального руху молекул змінюється від лібрацій до загальмованого обертання. Виявлено, що величина обертальної теплоємності в області температур 30–40 К близька до випадку вільного обертання молекул метану. Збільшення похідної dCp(T)/dT вище 40 К і особливість в Cp(Т) поблизу 52 К обумовлені, на нашу думку, процесами розпаду 1D ланцюжків СН₄.

The heat capacity at constant pressure Cp of 1D chains of methane molecules adsorbed into the grooves on the outer surface of the bundles of closed single-walled nanotubes has been measured in the temperature range from 2 to 60 K for the first time. Character of the temperature dependence of Cp below 12 K indicates on the presence of Schottky anomaly caused by the tunneling between the lowest energy levels of rotational spectra of A, T, and E-nuclear spin modifications of the methane molecules. Special feature is observed in the area of 14 K, apparently, due to orientational phase transition, in which the nature of the rotational motion of the molecules varies from libration to hindered rotation. It is found that the value of the rotational heat capacity is close to the case of free rotation of the methane molecules in the temperature range of 30–40 K. The increase in derivative dCp(T)/dT above 40 K and peculiarity in the Cp(T) near 52 K are due to the processes of decay of 1D chains of CH₄.