Исследование структуры градиентного аморфного углерода, полученного закалкой жидкого углерода

Предложен новый метод получения градиентного аморфного углерода, использующий закалку расплава графита на алмазной подложке. С помощью молекулярно-динамического моделирования закалки жидкого углерода на холодной алмазной подложке показано, что полученный в эксперименте аморфный углерод является материалом с сильно градиентными структурой и свойствами по глубине образца. Это связано с уменьшением скорости закалки при удалении от подложки в диапазоне 10$^{14}$–10$^{12}$ K/s. При этом плотность аморфного углерода изменяется от 1.50 до 1.93 g/cm$^3$. Исследовано пространственное изменение структурных характеристик полученного аморфного углерода: распределение атомов углерода по степени гибридизации химической связи ($sp^1$-, $sp^2$-, $sp^3$-), радиальная функция распределения, угловая функция распределения, и проведен статистический анализ углеродных колец. Показано, что при давлении в жидкости 1 GPa углеродная структура в пределах закаленной зоны изменяется от высокопористой структуры с большим количеством цепочек $sp^1$-атомов углерода вблизи подложки до структуры аморфного графена на периферии.