Анотація до роботи:

Грайворонська К.О. Процеси структуроутворення в тонких плівках та монокристалах фулериту С₆₀. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, Київ, 2008.

Проведені електронно-мікроскопічні дослідження острівкових плівок фулериту С₆₀, отриманих на різних підкладках, з метою вивчення механізму їх росту. Виявлено, що в залежності від умов осадження та типу підкладки, спостерігається три основних механізми росту.

Виконано систематичне співставлення результатів експериментальних досліджень дефектної структури плівок та монокристалів фулериту С₆₀, отриманих “інтегральними” методами (рентгенівська дифрактометрія, електронна мікродифракція) і “локальним” методом безпосереднього спостереження дефектних структур на молекулярному рівні, а саме методом електронної мікроскопії високої роздільної здатності. Встановлено, що для зазначених об’єктів характерна висока концентрація двомірних дефектів кристалічної будови: двійникових границь і дефектів пакування. Виконана оцінка енергії дефектів пакування в фулериті, яка склала 210^-3 Дж/м², а також рівноважної ширини розщеплення повних дислокацій d_рів 100 нм. Підтверджено існування субструктурного розмірного ефекту, який полягає в тому, що при d_рів > l (l – характерний лінійний параметр субструктури: розмір зерна або товщина плівки) повні дислокації вже відсутні в структурі плівки. Підтверджено можливість використання методів теорії інформації для кількісної оцінки ступеня розупорядкованості в розташуванні площин типу {111} в ГЦК структурі фулериту.

1. Вперше виконано комплексні дослідження структури тонких плівок фулериту С₆₀ на молекулярному рівні методом електронної мікроскопії високої роздільної здатності. Встановлено, що основні особливості структуроутворення (інтенсивне двійникування, одномірне розупорядкування, політипізм) у цих об’єктах обумовлені виключно низькою енергією дефектів пакування, яка згідно зробленій в дисертації оцінки складає 210^-3 Дж/м², а також значною шириною рівноважного розщеплення повних дислокацій, яка для зазначеної енергії знаходиться на рівні 100 нм.

2. Встановлено, що для суцільних тонких плівок фулериту С₆₀ характерно існування трьох основних типів дефектних структур: а) блочна структура, утворена внаслідок двійникування (включаючи двійникові „зірки” з віссю симетрії 5-го порядку) або за рахунок перетину дефектів пакування, що лежать у різних площинах, б) одномірно розупорядкована структура з дефектами пакування по одній із площин типу {111}, в) політипи, що утворюються при упорядкуванні дефектів пакування, включаючи ділянки з ГЩУ структурою.

3. На основі результатів електронно-мікроскопічних досліджень острівкових плівок фулериту С₆₀, осаджених на різних підкладках, встановлено, що в залежності від умов осадження і типу підкладки реалізуються три основні механізми росту:

пара пласкі огранені кристали їх коалесценція (при утворенні епітаксіальних плівок С₆₀ на NaCl та слюді при температурах підкладки ~393 – 523 К і швидкості осадження приблизно 20 нм/хв),

пара округлі кристали автокоалесценція (при утворенні плівок без епітаксії на МоО₃ та вуглецевій плівці при температурі підкладки ~ 523 К і швидкості осадження приблизно 20 нм/хв),

пара аморфна фаза кристал (при утворенні суцільної плівки на NaCl, температура підкладки ~433 К і швидкості осадження приблизно 60 нм/хв).

4. Методом ЕМВРЗ встановлено існування в суцільних плівках фулериту С₆₀ двох типів границь між кристалітами. По-перше, це практично ідеальні когерентні границі між двійниками. По-друге, некогерентні границі, що ініціюють утворення множинних дефектів пакування в одному із прилеглих зерен. На відміну від цього, виникнення границі типу аморфна фаза – кристаліт не призводить до дефектоутворення в останньому.

5. З використанням методу автоматичного індентування визначено основні механічні характеристики монокристалів фулериту С₆₀ (модуль Юнга, твердість, коефіцієнти релаксації та пластичності). Аналіз їх співвідношень підтвердив високий ступінь монокристалічності досліджуваних об’єктів, а також засвідчив високу пластичність фулериту та його схильність до повзучості.

6. Співставлення отриманих в дисертації, а також літературних даних щодо дифракційних методів дослідження (рентгенівська дифрактометрія, електронна мікродифракція) одномірно розупорядкованих структур у щільноупакованих кристалах, до яких відноситься також фулерит, із даними їх безпосереднього спостереження методом ЕМВРЗ підтвердило адекватність існуючих моделей, що лежать в основі інтерпретації відповідних дифрактограм. Показана можливість використання методів теорії інформації для кількісної оцінки ступеня одномірної розупорядкованості щільноупакованих кристалів з високою концентрацією дефектів пакування.

Публікації автора:

1. Solonin Yu. M., Grayvoronskaya E.A. Structural Investigation on Thin Films and Extremely Grinded Powders of Fullerene C₆₀ // Metallofizika i Noveishie Tekhnologii. – 2003. – V. 25. – N 1. – P. 53–65.

2. Солонін Ю.М., Грайворонська К.О., Непийко С.А., Клименков М.М. Дослідження структури тонких плівок фулериту С₆₀ методом високороздільної електронної мікроскопії // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. – 2005. – Т. 3. – №2. – С. 313–319.

3. Солонин Ю.М., Горбань В.Ф., Грайворонская Е.А. Получение, исследование структуры и определение механических характеристик монокристаллического фуллерита С₆₀ // Доповіді Національної академії наук України. – 2008. – №4. – С. 114–119.

4. Солонін Ю.М., Грайворонська К.О. Електронно-мікроскопічні дослідження плівок фулериту С₆₀ на різних підкладках // Фізика і хімія твердого тіла. – 2008. – Т. 9. – №3. – С. 510–514.

5. Solonin Yu. M., Grayvoronskaya E. A. Structure of thin films and extremely grinded powders of fullerene C₆₀ // Science for Materials in the Frontier of Centuries: Advantages and Challenges. – Kiev, Ukraine. – 2002. – P. 509–510.

6. Солонин Ю.М., Грайворонская Е.А. Одномерно неупорядоченные структуры в кристаллических плёнках фуллерита // Водородное материаловедение и химия углеродных наноматериалов. – Київ. – 2005. – С. 720–721.

7. Solonin Yu. M., Grayvoronskaya E. A. Fullerite films on various substrates // Clusters and nanostructured materials. – Uzhgorod, Ukraine. – 2006. – Р. 3–4.