Анализ термодинамических свойств фуллерита C₆₀

Abstract

На основе рентгеноструктурных исследований определены коэффициенты теплового расширения чистого фуллерита C₆₀ в интервале 30-293К. Полученные результаты находятся в хорошем согласии с данными дилатометрических и нейтронографических исследований. Сведения о тепловом расширении использованы для анализа теплоемкости при постоянном объеме Cᵥ. Проведен последовательный и точный расчет внутримолекулярной составляющей Cᵥ с учетом полного набора зависящих от температуры внутримолекулярных собственных частот. Вращательная часть теплоемкости получена вычитанием из общей Cᵥ значений внутримолекулярной и фононной составляющих. Последняя рассчитывалась по модели Дебая с использованием определенной по скоростям звука дебаевской температуры (QD⁽⁰⁾=55,4K). Определены общие и парциальные параметры Грюнайзена в зависимости от температуры. Для высокотемпературной фазы полученные результаты свидетельствуют о существенной заторможенности и сильной корреляции вращений молекул C₆₀.

На базі рентгеноструктурних досліджень встановлено коефіцієнти теплового розширення чистого фулериту C₆₀ в інтервалі 30-293 К. Отримані результата добре співвідносяться з даними ділатометричних та нейтронографічних досліджень. Дані по тепловому розширенню використано для аналізу теплоємності при постійному об’ємі Cᵥ. Проведено послідовний і точний розрахунок внутрішньомолекулярної частки Cᵥ з урахуванням повного набору залежних від температури внутрішньомолекулярних частот. Обертальну частку теплоємності отримано відокремленням від повної Cᵥ значень внутрішньомолекулярної і фононної часток. Остання розраховувалась за моделлю Дебая з використанням отриманої по швидкостям звука дебаевської температури (QD⁽⁰⁾=55,4K). Встановлено спільні та парціальні параметри Грюнайзена в залежності від температури. У високотемпературній фазі отримані результати свідчать про суттєве гальмування та кореляцію обертів молекул C₆₀.

The powder x-ray studies were performed to determine thermal expansion coefficients and molar volumes of pure fullerite C₆₀ over the temperature range 30-293 K. The data are in good agreement with dilatometric and neutron-scattering data. The data on thermal expansion are used to analyze the constant-volume heat capacity. The heat capacity due to intramolecular modes is consistently and accurately calculated. The rotational heat capacity is obtained by subtracting the intramolecular and phonon contributions from the total Cᵥ. The phonon contribution is evaluated using the Debye model (QD⁽⁰⁾=55,4K) calculated from the known sound velocities. The general and partial Griineisen parameters are calculated as a function of temperature. The results obtained give evidence that the rotations of C₆₀ molecules in the high-temperature phase are strongly hindered and intercorrelated.