ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ ГРАФЕНА

Рассмотрен метод «лежащей капли» для определения поверхностной энергии твердых тел – γ. Для графита и графена этим методом были получены средние значения – γ₂ = 53,6 ± 2,1 и γ₁ = 44,8 ± 14,7 мДж/м². Методом раскалывания кристаллов для графита было получено среднее значения γ₂ = 3250 мДж/м², что в 60 раз превышает значение γ₂, полученной методом «лежащей капли». Анализ обоих методов показал, что метод «лежащей капли» для определения поверхностной энергии твердых тел нельзя применять без его модификации. Нами предлагаются новые методы определения поверхностной энергии твердых тел: 1) через температуру плавления твердого тела; 2) через размерную зависимость физического свойства от толщины осаждаемого покрытия; 3) через измеряемую величину контактной разности потенциалов. Для графена получены следующие значения – γ₁ = 947,1; γ₁ = 974; γ₁ = 960 мДж/м², что на порядок выше, чем в методе «лежащей капли». Значения γ1 нужно умножить на 3 и получим значения для графита – γ₂ = 2841; γ₂ = 2922, γ₂ = 2880 мДж/м², что незначительно отличается от метода раскалывания кристаллов.

1. Electric field effect in atomically thin carbon films / K.S. Novoselov et al // Science. – 2004. – V. 306, № 5696. – P. 666-669.

2. Новоселов К.С. Графен: материалы Флатландии / К.С. Новоселов // УФН. – 2011. – Т. 181, № 12. – С. 1299-1311.

3. Баимова Ю.А. Графен, нанотрубки и другие углеродные наноструктуры / Ю.А. Баимова, Р.Р. Мулюков. – М.: Российская академия наук, 2018. – 212 с.

4. Zhang T. Graphene. From Theory to Applications / T. Zhang. – Springer, 2022. – 142 р.

5. Gupta R.K. 3D Graphene. Fundamentals, Synthesis and Emerging Applications / R.K. Gupta. – Springer, 2023. – 441 р.

6. Гаршев А.В. Мониторинг развития и внедрения технологий получения графена, его производных, других 2D кристаллов и производства изделий на основе 2D кристаллов в Российской Федерации и мире / А.В. Гаршев. – М.: Отчет РФ, 2019. – 396 с.

7. Жангозин К.Н. О новом методе получения порошкового графена / К.Н. Жангозин, Т.К. Жанабергенов, Д.Б. Каргин // Вестник ЕНУ им. Л. Гумилёва. – 2021. – Том 136, № 3. – С. 8-16.

8. Жангозин К.Н. Новый метод получения графена интеркаляцией графита микрокластерной водой / К.Н. Жангозин. – Алматы: Darkhan, 2023. – 102 с.

9. Поверхностные явления в графите и получение из него графена / В.М. Юров и др. // Новости науки Казахстана. – 2024. – № 1. – С. 11-23.

10. Шебзухова И.Г. Поверхностные энергия и натяжение металлических кристаллов, кинетика адсорбции компонентов бинарных систем: дис. докт. физ.-мат. наук: 01.04.07 / Шебзухова Ирина Гусейновна; Кабард.-Балкар. гос. ун-т им. Х.М. Бербекова. – Нальчик, 2013. – 370 с.

11. Федоров В.Т. Поверхностная энергия в процессах измельчения твердых тел / В.Т. Федоров, М.Н. Кокоев // Вестник Дагестанского ГТУ. Технические науки. – 2023. – Т. 50(3). – С. 181-189.

12. Wettability and surface free energy of graphene films / S. Wang et al // Langmuir: the ACS journal of surfaces and colloids. – 2009. – Vol. 25, № 18. – P. 11078-11081.

13. Su R. Wettability and Surface Free Energy Analyses of Monolayer Graphene / R. Su, X. Zhang // Journal of Thermal Science. – 2018. – Vol. 27(5934). – P. 1-5.

14. Ferguson A. The Surface Energetics of Low Dimensional Nanomaterials / А. Ferguson. – Trinity College Dublin. – 2016. – 188 р.

15. Rohman N. Surface free energy of graphene-based coatings and its component elements / N. Rohman, T. Mohiuddin, M. Al-Rugeishi // Inorganic Chemistry Communications. – 2023. – Vol. 153(4). – P. 10855-110855.

16. Graphene Surface Energy by Contact Angle Measurements / M.S. Al-Ruqeishi et al // Arabian Journal for Science and Engineering. – 2022. – Р. 1-6.

17. Obreimoff J.W. The splitting reigth of mica / J.W. Obreimoff // Proc. Roy. Soc. – 1930. – V. A127. – P. 290-293.

18. Obreimoff revisited: Controlled heterogeneous fracture through the splitting of mica / M. Johnson et al // Mechanics of Materials. – 2019. – V. 136(01). – Р. 103088.

19. Interfacial energy states of moisture-exposed cracks in mica / K.-T. Wan et al // J. Mater. Res. – 1990. - V. 5(1). – Р. 172-182.

20. Wan K.-T. Fracture and contact adhesion energies of mica-mica, silica-silica, and mica-silica interfaces in dry and moist atmospheres / K.-T. Wan, D.T. Smith, B.R. Lawn // J. Am. Ceram. Soc. – 1992. – V. 75(3). – Р. 667-676.

21. Yurov V. Аbout the mechanism of mica splitting / V. Yurov, K. Zhangozin // Sciences of Europe. – 2024. – № 133. – Р. 97-104.

22. Ножкина А.В. Поверхностная энергия алмаза и графита / А.В. Ножкина, В.И. Костиков // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника, технология его изготовления и применения. – 2017. – Вып. 20. – С. 161-167.

23. Турчанинов М.А. Механизмы кристаллизации жидкого углерода, полученного при плавлении графита импульсом лазера в газовых средах с давлением ∼ 10 МПа : диссертация ... кандидата физико-математических наук: 01.04.14 / Турчанинов Михаил Александрович; Объед. ин-т высок. температур РАН. – Москва, 2010. – 128 с.

24. Jiang Q. Thermodynamic phase stabilities of nanocarbon / Q. Jiang, Z.P. Chen // Carbon. – 2006. – Vol. 44, iss. 1. – P. 79-83.

25. Сенють В.Т. Термодинамический анализ процесса формирования наноструктурного поликристаллического материала на основе наноалмазов, модифицированных неалмазным углеродом (часть 2) / В.Т. Сенють, П.А. Витязь, А.М. Парницкий // Механика машин, механизмов и материалов. – 2023. – № 4(65). – С. 76-84.

26. Verkholomov V.K. Physical Features of the New Equation (Equation Jung - Verkholomov) of Contact Angle. / V.K. Verkholomov // Materials of the XII international research and practice conference «Science, Technology and Higher Education». – December 21-22, 2016. – Westwood, Canada. – P. 97-110.

27. Хоконов Х.Б. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение металлов и их бинарных сплавов в твердом состоянии / Х.Б. Хоконов, Т.М. Таова, Б.Б. Алчагиров // КБГУ. – 2019. – Т. IX, № 2. – С. 5-19.

28. Рехвиашвили С.Ш. К расчету постоянной Толмена / С.Ш. Рехвиашвили, Е.В. Киштикова, Р.Ю. Кармокова // Письма в ЖТФ. – 2007. – Т. 33, Вып. 2. – С. 1-7.

29. Юров В.М. Исследование первичных нанотрещин атомарно-гладких металлов / В.М. Юров, В.И. Гончаренко, В.С. Олешко // Письма в ЖТФ. – 2023. – Том 49, вып. 8. – С. 35-38.

30. Юров В.М., Портнов В.С., Пузеева М.П. Пат. 58155 Республика Казахстан. Способ измерения поверхностного натяжения и плотности поверхностных состояний диэлектриков. опубл. 15.12.2008, Бюл. № 12.

31. Пат. 58158 Республика Казахстан. МПК: G01N 27/76. Способ измерения поверхностного натяжения магнитных материалов / Юров В.М., Портнов В.С., Пузеева М.П.; заявитель и патентообладатель Карагандинский государственный университет им. Е.А. Букетова. – № G01N 27/76 (2006.01); заявл. 07.06.2006; опубл. 15.12.2008, Бюл. № 12. – 3 с.

32. Пат. 23223 Республика Казахстан. МПК G01N 27/76 (2009.01). Способ измерения поверхностного натяжения осаждаемых покрытий / Юров В.М., Гученко С.А., Ибраев Н.Х.; заявитель и патентообладатель Карагандинский государственный университет им. Е.А. Букетова; заявл. 27.05.2009; опубл. 15.11.2010, Бюл. № 11. – 3 с.

33. Development of a device for determining work electron output / V.M. Yurov et al // Eurasian Physical Technical Journal. – 2020. – Vol. 17, № 1(33). – Р. 127-131.