Изучение структурных особенностей деформированных кристаллов с решеткой типа алмаза методами просвечивающей электронной микроскопии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Гордеева Татьяна Андреевна

• Гордеева Татьяна Андреевна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Гордеева Татьяна Андреевна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ФАЗЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ СО СТРУКТУРОЙ ТИПА АЛМАЗА И СФАЛЕРИТА

1.1 Фазовые переходы в углероде

1.1.1 Промежуточная углеродная фаза

1.2 Фазовые переходы ближайших аналогов алмаза

1.2.1 Фазовая диаграмма кремния

1.2.2 Фазовая диаграмма германия

1.2.3 Фазовая диаграмма СёБ

ГЛАВА 2. УДАРНО-ВОЛНОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

2.1 Обработка материалов в планетарной мельнице

2.1.1 Подбор оптимальных параметров измельчения

2.1.2 Особенности измельчения наночастиц алмаза

2.1.3 Используемые материалы

2.2 Методы определения взаимной ориентации кристаллов

ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОЧАСТИЦ АЛМАЗА

3.1 Двойникование алмаза

3.2 Промежуточная углеродная фаза

ГЛАВА 4. ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОЧАСТИЦ КРЕМНИЯ

4.1 Фазы высокого давления кремния

4.2 Двойникование в частицах кремния

4.3 Образование политипов

ГЛАВА 5. ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОЧАСТИЦ ГЕРМАНИЯ

5.1 Фазы высокого давления германия

5.2 Двойникование в частицах германия

5.3 Образование политипов

ГЛАВА 6. ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОЧАСТИЦ СУЛЬФИДА КАДМИЯ

6.1 Структурные особенности CdS

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Изучение структурных особенностей деформированных кристаллов с решеткой типа алмаза методами просвечивающей электронной микроскопии»

Актуальность темы

Механическая обработка материалов во все времена широко использовалась для самых разных целей. В настоящее время метод получения и обработки нанопорошков с использованием ударного воздействия, такого как обработка в планетарной мельнице, продолжает оставаться востребованным и актуальным. Данный подход привлекателен благодаря своей относительной простоте и доступности, а также возможности обработки широкого спектра материалов в значительных объемах без необходимости применения дорогостоящего оборудования.

Процесс измельчения характеризуется значительной механической нагрузкой, которой подвергаются частицы материала, что приводит к структурным изменениям в материалах и оказывает влияние на их свойства. В результате воздействия на наночастицы могут формироваться дефекты и происходить фазовые превращения, что заметно отличается от аналогичных процессов в крупных частицах. Изучение деформационных процессов в наночастицах становится неотъемлемой частью современной науки.

Отсутствие достаточного количества данных о структурных изменениях и фазовых превращениях в наночастицах после механической обработки подчеркивает важность проведения дополнительных исследований. В частности, использование просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения позволяет получить дополнительную информацию о структуре наноматериалов.

Все вышеперечисленные аспекты делают данную тему исследования актуальной и важной для научного сообщества, исходя из потенциальных фундаментальных познаний о поведении материалов на наноуровне.

Цель работы заключалась в определении структурных изменений в кристаллах с решеткой типа алмаза, таких как кремний, германий, алмаз и сульфид кадмия, после воздействия ударного нагружения с использованием методов электронной микроскопии.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Систематизация имеющихся данных о структурных особенностях и свойствах материалов с решеткой типа алмаза (сфалерита);

2. Исследование механизмов пластической деформации наночастиц алмаза при циклических нагрузках и температурах ниже температуры Дебая;

3. Изучение структурных изменений в кремнии и германии, включая выявление фаз высокого давления, двойников, дефектов упаковки и политипов;

4. Определение особенностей структуры наночастиц сульфида кадмия после пластической деформации.

Методы исследования

Измельчение материалов с использованием планетарной мельницы и исследование их структуры с применением просвечивающей электронной микроскопии представляют собой важный набор методов в современных исследованиях наноматериалов и наноструктур.

Измельчение в планетарной мельнице является основой для получения наноструктурированных материалов. Механическое воздействие в планетарной мельнице позволяет измельчать материалы до наноуровня и подвергать частицы порошка высокой механической нагрузке и нагреву, что может вызывать фазовые превращения и другие структурные изменения. Это означает, что материал может изменять свою кристаллическую структуру в результате обработки в мельнице.

Исследование структуры с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) предоставляет уникальную возможность исследования наноматериалов и наноструктур. С его помощью можно наблюдать и анализировать размеры, формы, дефекты и фазовые составы наночастиц и наноструктур с высоким разрешением. Кроме того, предоставляется возможность

кристаллографического анализа материалов и установления взаимной кристаллографической ориентации различных фаз.

В совокупности, метод измельчения в планетарной мельнице и просвечивающая электронная микроскопия обеспечивают мощный инструментарий для создания и анализа наноматериалов с уникальными свойствами и структурой.

Научная новизна

Результаты данного исследования открывают новую перспективу, поскольку они демонстрируют возможность пластической деформации алмаза при относительно низких температурах. Традиционные исследования пластической деформации алмаза требуют экстремальных условий, таких как высокое давление. В данной работе пластическая деформация алмаза происходит при температуре, меньшей температуры Дебая (равной 2100 К), что представляет интерес для понимания свойств алмаза в более широком диапазоне условий.

Исследование деформации и фазовых превращений в наночастицах материала приобретает важное значение, так как процессы, происходящие в наночастицах существенно отличаются от макромасштабных процессов.

Отсутствие данных о дефектах и фазовых превращениях в наночастицах, полученных с использованием ПЭМ, делает данное исследование более значимым, так как эта методика позволяет визуализировать и изучать внутреннюю структуру материала с высоким разрешением и детализацией.

Таким образом, данное исследование предоставляет новые экспериментальные данные для понимания процессов, происходящих в наночастицах при относительно низких температурах и при воздействии ударных нагрузок. Это важно для расширения наших знаний о свойствах алмаза и наноструктур в целом, а также для потенциального применения в различных областях науки и технологии.

Практическая значимость

Изучение структурных особенностей наноструктурированных материалов с решеткой типа алмаза при ударном нагружении позволяет оптимизировать их свойства для широкого спектра технологических применений. Изучаемые материалы применяются в различных областях, включая термоэлектрику, интегральные оптические устройства и другие технологически важные приложения. Понимание влияния размера частиц, фазового состава и дефектов на эти свойства может способствовать разработке более эффективных материалов и устройств.

Исследование кремния, германия, алмаза и сульфида кадмия является критическим для развития современных электронных и оптоэлектронных устройств. Понимание влияния дефектов на проводимость и оптические свойства этих материалов может привести к созданию более эффективных и функциональных устройств, в том числе с использованием фоточувствительных материалов и интегральных схем.

Кремний и сульфид кадмия имеют большое значение в области солнечной энергетики, их свойства напрямую влияют на эффективность солнечных батарей. Понимание влияния дефектов и структурных особенностей на эффективность солнечных элементов может помочь увеличить их производительность.

Германий и другие материалы группы IV также используются в микромеханических системах. Понимание их структуры и механических свойств при деформации может быть важным для проектирования и оптимизации микромеханических устройств.

Планетарная мельница представляет собой специальное оборудование, которое позволяет подвергать материалы циклическим нагрузкам, которые по нашим оценкам, не превышают 6 ГПа. Это обеспечивает возможность изучать фазовые превращения под давлением, что может иметь важное значение для разработки новых материалов с уникальными свойствами.

Исследование свойств и структуры элементов IV группы в условиях деформации имеет широкий спектр практических приложений и потенциально может способствовать улучшению различных технологий и материалов.

Личный вклад автора диссертации.

Автор совместно с научным руководителем, Кульницким Борисом Арнольдовичем, сформулировала задачи исследований. Измельчение в планетарной мельнице проводили исследователи Д.А. Овсянников и М.Ю. Попов. Анализ полученных экспериментальных данных, подготовка разделов публикаций, посвящённых электронно-микроскопическим исследованиям, и докладов на конференциях осуществлялись при активном участии автора. Все электронно-микроскопические изображения в главах 3-6 были получены автором лично.

В данную диссертационную работу вошли результаты исследований, проведенных в период с 2019 по 2024 год.

Положения, выносимые на защиту:

1. В условиях циклических напряжений вблизи границы графит-алмаз на фазовой диаграмме углерода при температуре ниже температуры Дебая происходят следующие процессы:

• пластическая деформация путем механического двойникования;

• разрыв связей, сопровождаемый увеличением межплоскостных расстояний: внутри частицы до 0,220 нм, на краю частицы до 0,255 нм;

• фазовые переходы: алмаз-лонсдейлит и алмаз-онионы;

• образование аморфных деформационных полос.

2. Обнаружены фазы высокого давления Si-Ш, Si-IV, Si-IX, Ge-Ш и Ge-IV. Предложена схема взаимных превращений фаз кремния высокого давления кремния.

3. Выявлено, что частицы кремния и германия, подвергнутые обработке в планетарной мельнице, содержат двойники и дефекты упаковки по плоскости {111}.

4. Показано, что деформация кремния и германия приводит к формированию политипов. Обнаружены политипы с гексагональной (81-4^ и ромбоэдрической ^-9Я, Ое-9Я) структурой.

5. Наблюдалось частичное превращение наночастиц сульфида кадмия со структурой типа сфалерита в структуру типа вюрцита при деформации, выявлены большие скопления дислокаций и деформационные полосы.

Достоверность полученных результатов

Достоверность полученных результатов подтверждается сопоставлением полученных данных с результатами других исследований, в том числе согласованностью с данными, полученными методами численного моделирования и рентгеновского анализа.

Результаты исследований были представлены на всероссийских и международных конференциях, где получили признание среди специалистов и впоследствии были опубликованы в рецензируемых научных журналах.

Апробация результатов работы

Результаты диссертационной работы были представлены на следующих конференциях:

• II Международной конференции молодых ученых, работающих в области углеродных материалов, Москва, Троицк, 29.05-31.05.2019;

• III Международной научно-практической конференции «Графен и родственные структуры: синтез, производство и применение» (0ЯБ-2019), Тамбов, 13.11-15.11.2019;

• 12-ой Международной конференции «Углерод: функциональные проблемы науки, материаловедение, технология» СБРМБТ, Москва, Троицк 2020 2729.10.2020;

• 63 Всероссийской научной конференции МФТИ 23-29.11.2020;

• IV Международной научно-практической конференции "Графен и родственные структуры: синтез, производство и применение (GRS-2021)" г. Тамбов, 6-8 октября 2021;

• 13-ой Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология» г. Москва, г. Троицк, 24 - 26 ноября 2021;

• 64 Всероссийской научной конференции МФТИ 29 ноября - 3 декабря 2021;

• 14-ой Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология» г. Москва, г.Троицк, 7 - 9 июня 2022;

• 66-я Всероссийская научная конференция МФТИ 1-6 апреля 2024. Публикации

1. T. Gordeeva, B. Kulnitskiy, D. Ovsyannikov, M. Popov and V. Blank, Plastic deformation of diamond by mechanical twinning at temperatures significantly lower than Debye temperature, Chem. Phys. Lett., 730, 138, 2019, DOI:10.1016/j.cplett.2019.05.057.

2. T. Gordeeva, B. Kulnitskiy, D. Ovsyannikov, M. Popov, V. Blank, Twinning formation in nanodiamonds after treatment in a planetary mill: HRTEM studies, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 693, 012022, 2019, DOI: 10.1088/1757-899X/693/1/012022.

3. Т. А. Гордеева, Д. А. Овсянников, М. Ю. Попов, Б. А. Кульницкий и В. Д. Бланк, Особенности структуры германия, обработанного в планетарной мельнице, Физика твердого тела, 62, 1597, 2020, DOI: 10.21883/FTT.2020.10.49902.080.

4. Б.А. Кульницкий, Т.А. Гордеева, Д.А. Овсянников, М.Ю. Попов, В.Д. Бланк Фазовые превращения элементов IV группы: углерод, кремний, германий при воздействии циклических напряжений до 6 ГПа, Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология, 63(12), 10, 2020, DOI: 10.6060/ivkkt.20206312.8y.

5. T. Gordeeva, B. Kulnitskiy, M. Popov, D. Ovsyannikov, and V. Blank, High-Pressure Si Phases and the Mutual Orientation of Their Structures. HRTEM Studies, Physics of the Solid State, 63(6), 842, 2021, DOI: 10.1134/S106378342106010X.

6. Т.А. Гордеева, Б.А.Кульницкий, М.Ю. Попов, Д.А. Овсянников, В.Д.Бланк, Структурные особенности кремния, германия и алмаза после обработки в планетарной мельнице, Изв. вузов. Химия и хим. технология, Т. 64 (12), 60, 2021, DOI: 10.6060/ivkkt.20216412.6y.

7. D. Ovsyannikov, V. Zhukov, T. Gordeeva, L. Antipina, P. Sorokin, B. Kulnitskiy, M. Popov, V. Blank, Intermediate carbon phase. New experimental data and atomic model, Diamond & Related Materials, 123, 2022, 108825, DOI: 10.1016/j.diamond.2022.108825.

8. Т.А. Гордеева, Б.А. Кульницкий, М.Ю. Попов, Д.А. Овсянников, В.Д. Бланк, Электронная микроскопия наночастиц с решеткой типа сфалерита на примере сульфида кадмия. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 11. С. 71-75, DOI: 10.6060/ivkkt.20226511.1y.

9. B.A. Kulnitskiy, T.A. Gordeeva, D.A. Ovsyannikov, M.Yu. Popov, V.D. Blank, Increase in interplanar distances and formation of amorphous shear bands in deformed diamond, Diamond & Related Materials, 146, 2024, 111157, DOI: 10.1016/j.diamond.2024.111157.

10. Т.А. Гордеева, Б.А. Кульницкий, Д.А. Овсянников, М.Ю. Попов, В.Д. Бланк, Межплоскостные расстояния в алмазе, деформированном в результате механохимической обработки. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 10. С. 49-54, DOI: 10.6060/ivkkt.20246710.2y.

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 99 страниц и включает в себя 42 рисунка. Список цитируемой литературы содержит 153 наименования.

ГЛАВА 1. ФАЗЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ СО СТРУКТУРОЙ

ТИПА АЛМАЗА И СФАЛЕРИТА

Структурные различия между сфалеритом и алмазом обусловлены тем, что кристаллическая решетка алмаза состоит из атомов одного элемента, в то время как решетка сфалерита - из двух различных элементов. Алмаз, кремний и германий характеризуются структурой типа алмаза. Атомы углерода, кремния или германия занимают узлы гранецентрированной кубической (ГЦК) ячейки и центры половины октантов, на которые можно разделить куб. Эти октанты заполнены атомами в шахматном порядке. В такой структуре каждый атом связан с четырьмя ближайшими атомами, образующими тетраэдр, что приводит к координационному числу 4. На одну элементарную ячейку приходится восемь атомов, а пустоты между ними имеют тетраэдрическую форму. Структура алмаза относится к пространственной группе Fd3m.

Сульфид кадмия (CdS) может кристаллизоваться либо в кубической структуре сфалерита (цинковой обманки), либо в гексагональной структуре вюрцита. На рисунке 1 представлены схемы этих структур. Кристаллическая структура сфалерита принадлежит к гексатетраэдрическому классу кубической сингонии и подобна структуре алмаза, однако, в отличие от последней, не имеет центра инверсии из-за присутствия двух различных типов атомов. В решетке сфалерита узлы ГЦК-ячейки заняты атомами одного элемента (например, серы), а центры четырех октантов — атомами другого (например, кадмия). Эта структура может быть описана как две смещённые на четверть диагонали куба ГЦК-решетки — серы и кадмия, либо как плотнейшая упаковка ионов серы, которая смещена на такое же расстояние относительно аналогичной упаковки ионов кадмия. В этой структуре атомы серы и кадмия образуют взаимозаменяемые позиции кратности 4. Пространственная группа сфалерита — F4 3 т.

Рисунок 1 — Схематическое изображение кристаллических структур: (а) кубической решетки сфалерита и (Ь) гексагональной решетки вюрцита

Вюрцит, в свою очередь, имеет гексагональную структуру, где кристаллическая решетка представлена гексагональной призмой, состоящей из шести тригональных призм. В вершинах гексагональной призмы, на базисных гранях и в центрах тригональных призм находятся ионы одного элемента, тогда как ионы второго элемента занимают аналогичные позиции в тригональных призмах и располагаются на вертикальных ребрах гексагональной призмы. Структура вюрцита характеризуется плотнейшей упаковкой анионов, расположенных слоями. Каждый анион окружён четырьмя катионами, которые заполняют половину тетраэдрических пустот, при этом катионы находятся на одинаковом расстоянии от соседних анионов. Пространственная группа структуры вюрцита — Р6тт, ось 6 является полярной и односторонней, что приводит к более выраженной анизотропии свойств в кристаллах вюрцита по сравнению со сфалеритом.

В ряде случаев возникают также и смешанные упаковки тетраэдров, промежуточные между кубической плотноупакованной и гексагональной плотноупакованной, как, например, в Б1С.

Четких точек перехода между этими двумя модификациями никогда не наблюдалось. Молекулярные объемы соединений, кристаллизирующихся в обеих модификациях, приблизительно равны. Максимальное различие не превышает

2%. В большинстве случаев плотнее оказывается гексагональная структура, но бывает и наоборот. Следовательно, предсказать характер влияния давления на переход между этими двумя формами непосредственно не представляется возможным.

1.1 Фазовые переходы в углероде

Две широко распространенные формы углерода при нормальном давлении: графит и алмаз. Графит (а = 2,456 Á, с = 6,696 Á, z = 4, пространственная группа P63mc) является черным мягким слоистым материалом, в то время как алмаз (а = 3,56679 Á, z = 8, пространственная группа Fd3m) имеет прозрачную кристаллическую структуру. Существует также гексагональная модификация алмаза, известная как лонсдейлит, (а = 2,52 Á, с = 4,12 Á, пространственная группа P63/mmc). Эта модификация была получена путем сжатия монокристаллов кубического алмаза при высоких температурах и давлениях (с давлением 130 кбар при температуре 1000 °С [1]), а также обнаружена в метеоритах [2,3]. Существуют и другие модификации углерода, такие как "карбин", "аморфный углерод" и "паракристаллический углерод", однако их термодинамические свойства и стабильность мало известны, поскольку они, вероятно, находятся в метастабильном состоянии.

Результаты теоретического термодинамического анализа [4,5], показали, что при высоком давлении более стабилен алмаз, чем графит. В 1960 году Стокгольмской командой ASEA AB [6] было на практике подтверждено, что элементы группы железа могут оказывать действия катализатора для превращения графита в алмаз. В [7-9] были представлены подробные описания процедуры синтеза на основе катализатора. Большинство типов графитового или аморфного углерода могут быть превращены в алмаз путем нагревания до 12002400 °C при давлении 5,5-10 ГПа в течение нескольких минут или часов в присутствии переходных металлов (обычно Ni, Fe, Co, Mn, Ta или Pt) [7-12].

Результаты экспериментов указывают на то, что алмаз может быть синтезирован из большинства типов графита и других видов углерода, таких как

аморфный или стеклообразный углерод, сажа и древесные угли, полученные из органических соединений. Кроме того, алмаз можно получить из изотопно чистого углерода [10].

В 1939 году Лейпунским были впервые рассчитаны параметры синтеза алмаза [5]. В начальных этапах исследований, посвященных синтезу алмаза, была детально изучена фазовая диаграмма системы графит-алмаз в пространстве давления и температуры (Р-Т) для оптимизации условий синтеза. Лейпунский предложил обновленную версию Р-Т диаграммы углерода, на которой представлены равновесные состояния графита, алмаза и жидкой фазы углерода. Причем в диапазоне давлений от 2,2 до 1000 ГПа [13] алмаз является устойчивым. Эта диаграмма была основана на экспериментальных данных, полученных Банди в 1963 году.

На рисунке 2 изображена общепринятая диаграмма углерода в координатах Р-Т [14], которая незначительно отличается от диаграмм, опубликованных ранее [7,8,13]. Положение и знак наклона линии плавления алмаза, расположенной на рисунке 2 вблизи 5000 К, при различных скоростях нагрева изменяется [8,15-18]: температура плавления составляет примерно 4000 К при медленном (квазистатическом) нагреве, и превышает 6500 К при субмикросекундном нагреве [18]. В области изучения жидкого углерода под давлением [17,19-21] остается множество нерешенных вопросов в связи с множеством экспериментальных сложностей.

Д — условия каталитического синтеза

3 — зона быстрого превращения графит-алмаз

О — зона быстрого превращения алмаз-графит

О и Е — параметры образования лонсдейлита из графита

В " С пределы трансформации графита или лонсдейлита в алмаз

^ ' I обратимые переходы графита в структуры с преимущественно ер-связями

Рисунок 2 — P-T диаграмма углерода, представленная в работе [14].

Линия равновесия между графитом и алмазом на Р-^диаграмме на рисунке 2 представлена жирной сплошной линией [22-24], при этом оранжевым цветом выделена область для синтеза алмаза с использованием катализатора. Графит и алмаз могут существовать как метастабильные фазы в условиях, далеких от термодинамического равновесия. При комнатной температуре до давления 1530 ГПа устойчив графит, область устойчивости определяется на рисунке 2 границей В-Р^. При температурах выше 1800 К в отсутствии кислорода и других веществ происходит фазовая трансформация алмаза в графит [25].

На рисунке 3 представлена Р-Т диаграмма синтеза различных углеродных фаз в диапазоне давлений до 50 ГПа и температурах до 4000 К [26]. На этой диаграмме основные линии равновесия между графитом и алмазом соединены с линиями равновесия других углеродных фаз, которые могут формироваться при быстром охлаждении расплавленных углеродных материалов или при достижении высоких давлений в области перехода между алмазом и графитом.

Рисунок 3 — Диаграмма синтеза различных углеродных фаз (из работы [26]).

Сплошная линия [22] на рисунке 3, уточненная исследованиями [23, 24], показывает линию равновесия между графитом и алмазом. Вблизи этой линии при отсутствии катализатора не происходит никаких превращений, так как

л

углеродные материалы, как с sp (графит, графен, фуллерены, углеродные

-5

нанотрубки и другие наноструктуры), так и с sp - связями, обладают широкой метастабильностью. В работе [27] была рассчитана вероятность фазовых переходов в системе графит-алмаз в зависимости от давления и температуры.

Пунктирная кривая на рисунке 3 приблизительно определяет область устойчивости алмаза. В области, показанной белым цветом, стабильными фазами являются графит, кубический и гексагональный алмазы. В этой области алмаз является метастабильным при нормальных условиях, но может превращаться в графит при температуре ниже 1800 К и атмосферном давлении [25]. Исследования [28, 29], однако, показывают разные результаты, так как скорость графитизации сильно зависит от различных факторов.

Л

Обычно структуры, в которых атомы углерода находятся в sp -

-5

гибридизированном состоянии, переходят в sp -гибридизированные структуры при комнатной температуре и давлении выше 15-50 ГПа ([30-35] и ссылки в них).

Графит и графитоподобные материалы устойчивы при высоких температурах ниже линии равновесия. При близкой к комнатной температуре и при высоких давлениях алмаз и алмазоподобные структуры остаются стабильными, в то время как графит переходит в холодный сжатый графит (CCG). Если температура не превышает 1000 К, переход графита в холодный сжатый графит происходит обратимо.

В стеклоуглероде и аморфном углероде происходят фазовые превращения, когда давление превышает 15 ГПа и комнатной температуре. Приложение сдвиговых напряжений к аморфному или графитоподобному углероду может приводить к образованию алмаза при комнатной температуре и низких давлениях. Модели превращения графита в алмаз включают деформацию графеновых слоев под давлением с образованием орторомбической структуры и алмазоподобных кристаллов.

Согласно [13,14,36] алмаз устойчив в области давлений от 2,2 до 1000 ГПа. Однако по данным работы [37], в которой проводились теоретические расчеты использованием функционала плотности на основе псевдопотенциалов полной

энергии, алмаз становится энергетически неустойчивым при давлениях выше 500 ГПа. В работе [38] приведены расчеты полной энергии и фононного спектра алмаза в диапазоне давлений до 3000 ГПа и температур до кривой плавления. Ударное нагружение графита по данным [39] приводит к образованию фазы с большей плотностью, чем у алмаза, при давлениях 55-100 ГПа и температуре около 3000 К. Структура этой фазы остаётся неустановленной.

При высоких давлениях углерод может образовывать различные фазы, в том числе металлические, имеющие кристаллические решетки, схожие с Ьс - 8 [40] и Si-III [41], что согласуется с предсказаниями эволюции кристаллической структуры. Однако экспериментальных наблюдений этих фаз пока нет.

Превращение алмаза в графит при атмосферном давлении требует нагрева до температур, близких к температуре Дебая, и механического напряжения, превышающего предел текучести алмаза. Существует несколько способов достижения этой температуры, в том числе альтернативный нагреву. Для инициирования растрескивания в одиночном кристалле алмаза также требуется определенное усталостное давление в течение циклов нагрузки.

В целом, фазовая диаграмма системы графит-алмаз является сложной и не полностью изученной. Несмотря на то, что алмаз и графит являются наиболее известными углеродными материалами, существуют и другие углеродные фазы, которые могут образовываться при различных условиях температуры и давления. Поэтому, для более полного понимания свойств углеродных материалов и их применений, необходимы дальнейшие исследования и уточнения фазовых диаграмм.

1.1.1 Промежуточная углеродная фаза Алмаз и графит — наиболее устойчивые объёмные фазы углерода. Несмотря на значительный объем теоретических предсказаний относительно стабильных кристаллических соединений углерода [42-45], экспериментальное получение регулярных структур еще не достигнуто [46,47]. Имеются данные, указывающие на возможность существования промежуточной углеродной фазы

(Intermediate Carbon Phase, ICP) между алмазом и графитом. Например, облучение графита электронами может приводить к формированию метастабильных углеродных структур [48].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гордеева Татьяна Андреевна, 2025 год

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Bundy, F. P. Hexagonal diamond—a new form of carbon / F. P. Bundy, J. S. Kasper // J. Chem. Phys. - 1967. - V. 46, N 9. - P. 3437-3446.

2. Frondel, C. Lonsdaleite, a hexagonal polymorph of diamond / C. Frondel, U. B. Marvin // Nature. - 1967. - V. 214, N 5088. - P. 587-589.

3. Hanneman, R.E. Hexagonal diamonds in meteorites: Implications / R. E. Hanneman, H. M. Strong, F. P. Bundy // Science - 1967. - V. 155, N 3765. - P. 995997.

4. Rossini, F. D. Heat and free energy of formation of carbon dioxide, and of the transition between graphite and diamond / F. D. Rossini, R. S. Jessup // J Natl Bur. Stand. - 1938. - V. 21. - P. 491-513.

5. Leipunsky, O. I. On synthetic diamonds // Uspekhi Khim. - 1939. - V. 8. -P. 1519-1534.

6. Liander, H. Some observations on the synthesis of diamonds / H. Liander, E. Lundblad // Ark. Kemi. - 1961. - V. 16, N 1-2. - P. 139-149.

7. Bovenkerk, H. P. Preparation of diamond / H. P. Bovenkerk, F. P. Bundy, H. T. Hall, HM Strong, RH Wentorf // Nature. - 1959. - V. 184,N 4693. - P. 10941098.

8. Bundy, F. P. Diamond synthesis and the behavior of carbon at very high pressures and temperatures // Ann. N. Y. Acad. Sci. - 1964. - V. 105, N 17. - P. 953981.

9. Wentorf, R.H. Diamond synthesis // Adv. Chem. Phys. - 1965. - P. 365404.

10. Strong, H. M. Growth of large, high-quality diamond crystals at General Electric / H. M. Strong, R. H. Wentorf Jr // Am. J. Phys. - 1991. - V. 59, N 11. - P. 1005-1008.

11. Sumiya, H. High-pressure synthesis of high-purity diamond crystal / H. Sumiya, S. Satoh // Diam. Relat. Mater. - 1996. - V. 5, N 11. - P. 1359-1365.

12. Lysakovskyi, V. V. Growth of structurally perfect diamond single crystals at high pressures and temperatures. Review / V. V. Lysakovskyi, N. V. Novikov, S. A. Ivakhnenko, O. A. Zanevskyy, T. V. Kovalenko// J. Superhard Mater. - 2018. - V. 40, N 5. - P. 315-324.

13. Bundy, F. P. Direct conversion of graphite to diamond in static pressure apparatus // J. Chem. Phys. - 1963. - V. 38, N 3. - P. 631-643.

14. Bundy, F.P. The pressure-temperature phase and transformation diagram for carbon; updated through 1994 / F. P. Bundy, W. A. Bassett, M. S. Weathers, R. J. Hemley, H. U. Mao, A. F. Goncharov // Carbon - 1996. - V. 34, N 2. - P. 141-153.

15. Ghiringhelli, L. M. State-of-the-art models for the phase diagram of carbon and diamond nucleation / L. M. Ghiringhelli, C. Valeriani, J. H. Los, E. J. Meijer, A. Fasolino, D. Frenkel // Mol. Phys. - 2008. - V. 106, N 16-18. - P. 2011-2038.

16. Bundy F.P. Melting of graphite at very high pressure // J. Chem. Phys. -1963. - V. 38, N 3. - P. 618-630.

17. Togaya M. Pressure dependences of the melting temperature of graphite and the electrical resistivity of liquid carbon // Phys. Rev. Lett. - 1997. - V. 79, N 13. -P. 2474.

18. Kondratyev, A.M. Melting line of graphite / A. M. Kondratyev, A. D. Rakhel // Phys. Rev. Lett. - 2019. - V. 122, N 17. - P. 175702.

19. Grumbach, M.P. Phase diagram of carbon at high pressures and temperatures / M. P. Grumbach, R. M. Martin // Phys. Rev. B. - 1996. - V. 54, N 22. -P. 15730.

20. Glosli, J. N. Liquid-liquid phase transformation in carbon / J. N. Glosli, F. H. Ree // Phys. Rev. Lett. - 1999. - V. 82, N 23. - P. 4659.

21. Savvatimskiy, A.I. Experimental electrical resistivity of liquid carbon in the temperature range from 4800 to ~ 20,000 K // Carbon - 2009. - V. 47, N 10. - P. 2322-2328.

22. Berman, R. On the graphite - diamond equilibrium / R. Berman, S. F. Simon // Zeitschrift für Elektrochemie, Berichte der Bunsengesellschaft für Phys. Chemie. - 1955. - V. 59, N 5. - P. 333-338.

23. Bundy, F.P. Diamond-graphite equilibrium line from growth and graphitization of diamond / F. P. Bundy, H. P. Bovenkerk, H. M. Strong, R. H. Wentorf, Jr.// J. Chem. Phys. - 1961. - V. 35, N 2. - P. 383-391.

24. Kennedy, C.S. The equilibrium boundary between graphite and diamond / C. S. Kennedy, G. C. Kennedy // J. Geophys. Res. - 1976. - V. 81, N 14. - P. 24672470.

25. Evans, T. A study of the transformation of diamond to graphite / T. Evans, P. F. James // Proc. R. Soc. London. Ser. A. Math. Phys. Sci. - 1964. - V. 277, N 1369. - P. 260-269.

26. Sundqvist, B. Carbon under pressure // Phys. Rep. -2021. - V. 909. - P. 1-73.

27. Yafei Z., Fangqing Z., Guanghua C. A study of phase transformation between diamond and graphite in PT diagram of carbon / Z. Yafei, Z. Fangqing, C. Guanghua // Carbon - 1994. - V. 32, N 8. - P. 1415-1418.

28. Qian, J. Graphitization of diamond powders of different sizes at high pressure-high temperature / J. Qian, C. Pantea, J. Huang, T. W. Zerda, Y. Zhao// Carbon - 2004. - V. 42, N 12-13. - P. 2691-2697.

29. Davies, G. Graphitization of diamond at zero pressure and at a high pressure / G. Davies, T. Evans // Proc. R. Soc. London. A. Math. Phys. Sci. - 1972. - V. 328, N 1574. - P. 413-427.

30. Pashkin, E.Y. The unexpected stability of multiwall nanotubes under high pressure and shear deformation / E. Y. Pashkin, A. M. Pankov, B. A. Kulnitskiy, I. A. Perezhogin, A. R. Karaeva, V. Z. Mordkovich, M. Y. Popov, P. B. Sorokin, V. D. Blank // Appl. Phys. Lett. - 2016. - V. 109, N 8. - P. 081904.

31. Yao, M. Uniaxial-stress-driven transformation in cold compressed glassy carbon / M. Yao, X. Fan, W. Zhang, Y. Bao, R. Liu, B. Sundqvist, B. Liu// Appl. Phys. Lett. - 2017. - V. 111, N 10. - 101901.

-5

32. Yang, X. Novel Superhard sp Carbon Allotrope from Cold-Compressed C70 Peapods / X. Yang, M. Yao, X. Wu, S. Liu, S. Chen, K. Yang, R. Liu, T. Cui, B. Sundqvist, B. Liu // Phys. Rev. Lett. - 2017. - V. 118, N 24. - P. 245701.

33. Shiell, T.B. In situ analysis of the structural transformation of glassy carbon under compression at room temperature / T. B. Shiell, C. de Tomas, D. G. McCulloch, D. R. McKenzie, A. Basu, I. Suarez-Martinez, N. A. Marks, R. Boehler, B. Haberl, J. E. Bradby// Phys. Rev. B. - 2019. - V. 99, N 2. - P. 24114.

34. Odake, S. Formation of the high pressure graphite and BC8 phases in a cold compression experiment by Raman scattering / S. Odake, P. Zinin, E. Hellebrand, V. Prakapenka, Y. Liu, S. Hong, K. Burgess, L. Ming // J. Raman Spectrosc. - 2013. -V. 44, N 11. - P. 1596-1602.

35. Pankov, A.M. Transformation of multiwall carbon nanotubes to onions

-5

with layers cross-linked by sp3 bonds under high pressure and shear deformation / A. M. Pankov, A. S. Bredikhina, B. A. Kulnitskiy, I. A. Perezhogin, E. A. Skryleva, Yu. N. Parkhomenko, M. Yu. Popov, V. D. Blank // AIP Adv. - 2017. - V. 7, N 8. - P. 085218.

36. Bundy, F.P. The P, T phase and reaction diagram for elemental carbon, 1979 // J. Geophys. Res. - 1980. - V. 85, N B12. - P. 6930-6936.

37. Clark, S. J. Theoretical stability limit of diamond at ultrahigh pressure / S. J. Clark, G. J. Ackland, J. Crain // Phys. Rev. B. - 1995. - V. 52, N 21. - P. 1503515038.

38. Tse, J.S. Equation of state for diamond in wide ranges of pressure and temperature / J .S. Tse, W. B. Holzapfel // J. Appl. Phys. - 2008. - V. 104, N 4. - P. 43525.

39. Gust, W.H. Phase transition and shock-compression parameters to 120 GPa for three types of graphite and for amorphous carbon // Phys. Rev. B. - 1980. - V. 22, N 10. - P. 4744-4756.

40. Correa, A.A. Carbon under extreme conditions: Phase boundaries and electronic properties from first-principles theory / A. A. Correa, S.A. Bonev, G. Galli // Proc. Natl. Acad. Sci. - 2006. - V. 103, N 5. - P. 1204-1208.

41. Oganov, A. R. Crystal structure prediction using ab initio evolutionary techniques: Principles and applications / A. R. Oganov, C. W. Glass // J. Chem. Phys. -2006. - V. 124, N 24. - P. 244704.

42. Blatov, V.A. High-throughput systematic topological generation of low-energy carbon allotropes / V. Blatov, C. Yang, D. Tang, Q. Zeng, A. Golov, A. Kabanov // npj Comput. Mater. - 2021. - V. 7, N 1. - P. 15.

43. Zhang, S. High-throughput screening for superhard carbon and boron nitride allotropes with superior stiffness and strength /S. Zhang, D. Legut,

Z. Fu, T. C. Germann, R. Zhang // Carbon - 2018. - V. 137. - P. 156-164.

44. Kvashnina, Y.A. Investigation of new superhard carbon allotropes with promising electronic properties / Y. A. Kvashnina, A. G. Kvashnin, P. B. Sorokin // J. Appl. Phys. - 2013. - V. 114, N 18. - P. 183708.

45. Zhu, Q. Denser than diamond: Ab initio search for superdense carbon allotropes / Q. Zhu, A. R. Oganov, M. A. Salvado, P. Pertierra, A. O. Lyakhov // Phys. Rev. B. - 2011. - V. 83, N 19. - P. 193410.

46. Blank, V.D. Phase diagram of carbon and the factors limiting the quantity and size of natural diamonds / V. Blank, V. Churkin, B. Kulnitskiy, I. Perezhogin, A. Kirichenko, V. Denisov, S. V. Erohin, P. Sorokin, M. Popov // Nanotechnology. - V. 29,N 11. - P. 115603.

47. Popov, M.Y. Transformation of diamond to fullerene-type onions at pressure 70 GPa and temperature 2400 K / M. Popov, V. Churkin, B. Kulnitskiy, A. Kirichenko, K. Bulatov, A. Bykov, P. Zinin, V. Blank // Nanotechnology. - 2020. - V. 31, N 31. - P. 315602.

48. Iwata, T. Irradiation and annealing effects on the c-axis electrical resistivity of graphite / T. Iwata, T. Nihira, H. Matsuo // J. Phys. Soc. Japan. - 1974. -V. 36, N 1.

- P. 123-129.

49. Blank, V.D. Lonsdaleite formation in process of reverse phase transition diamond-graphite / V. D. Blank, B. A. Kulnitskiy, A. A. Nuzhdin // Diam. Relat. Mater.

- 2011. -V. 20, N 10. - P. 1315-1318.

50. Brookes, C. A. Cumulative deformation and fatigue of diamond—new developments / C. A. Brookes, L. Y. Zhang // Diam. Relat. Mater. - 1999. - V. 8,N 8-9.

- P. 1515-1521.

51. Ke, F. Synthesis of atomically thin hexagonal diamond with compression / F. Ke, L. Zhang, Y. Chen, K. Yin, C. Wang, Y.-K. Tzeng, Y. Lin, H. Dong, Z. Liu, J. Tse, W. Mao, J. Wu, B. Chen // Nano Lett. - 2020. - V. 20, N 8. - P. 5916-5921.

52. Martins, L.G.P. Raman evidence for pressure-induced formation of diamondene / L. G. P. Martins, M. J. Matos, A. R. Paschoal, P. Freire, N. F. Andrade, A. L. Aguiar, J. Kong, B. Neves, A. B. de Oliveira, M. Mazzoni, A. G. S. Filho, L. G. Canfado // Nat. Commun. - 2017. - V. 8, N 1. - P. 96.

53. Barboza, A.P.M.. Room-temperature compression-induced diamondization of few-layer graphene / A. P. Barboza, M. Guimaraes, D. Massote, L. C. Campos, N. B. Barbosa Neto, L. G. Canfado, R. Lacerda, H. Chacham, M. Mazzoni, B. Neves // Adv. Mater. - 2011. - V. 23, N 27. - P. 3014-3017.

54. Ke, F. Large bandgap of pressurized trilayer graphene / F. Ke, Y. Chen, K. Yin, J. Yan, He. Zhang, Z. Liu, J. Tse, J. Wu, H. Mao, B. Chen// Proc. Natl. Acad. Sci. - 2019. - V. 116, N 19. - P. 9186-9190.

55. Martins, L.G.P. Hard, transparent, sp3-containing 2D phase formed from few-layer graphene under compression / L. G. P. Martins, D. L. Silva, J. S. Smith, A.-Y. Lu, C. Su, M. Hempel, C. Occhialini, X. Ji, R. Pablo, R. S. Alencar, A. C.R. Souza, A. A. Pinto, A. B. de Oliveira, R. J. C. Batista, T. Palacios, M. S. C. Mazzoni, M. J. S. Matos, R. Comin, J. Kong, L. G. Canfado // Carbon - 2021. - V. 173. - P. 744-757.

56. Efthimiopoulos, I. High-pressure phase of cold-compressed bulk graphite and graphene nanoplatelets / I. Efthimiopoulos, E. Stavrou, K. Umemoto, S. Mayanna,

A. Torode, J. S. Smith, S. Chariton, V. B. Prakapenka, A. F. Goncharov, Y. Wang // Phys. Rev. B. - 2023. - V. 107, N 18. - P. 184102.

57. Blank V.D., Kulnitskiy B.A. Z.O.M. Direct phase transformation of the intermediate carbon phase into graphite under electron-beam irradiation / V. D. Blank,

B. A. Kulnitskiy, O. M. Zhigalina // Superhard Mater. - 2002. - V. 4. P. - 3-7.

58. Blank, V.D. A new phase of carbon / V. Blank, B. Kulnitskiy, Ye.V. Tatyanin, O. Zhigalina // Carbon - 1999. - V. 37, N 4. - P. 549-554.

59. Luo, W. First principles study of the structure and stability of carbynes / W. Luo, W. Windl // Carbon - 2009. - V. 47, N 2. - P. 367-383.

60. Kurdyumov, A. V. Structure of intermediate carbon phase formed under shock compression of ultradispersed graphite materials / A. Kurdyumov, V. Britun, V. B. Zelyavskii, A. I. Danilenko, N. I. Borimchuk, V. Yarosh, V. Y. Kulikovskii, A. Mikhailik // Powder Metall. Met. Ceram. - 2006. - V. 45. - P. 86-92.

61. Yang, G. W. Pulsed-laser-induced transformation path of graphite to diamond via an intermediate rhombohedral graphite / G. W. Yang, J. B. Wang // Appl. Phys. A. - 2001. - V. 72. - P. 475-479.

62. Bundy, F. P. A new dense form of solid germanium / F. P. Bundy, J. S. Kasper // Science - 1963. - V. 139, N 3552. - P. 340-341.

63. Wentorf, R. Two new forms of silicon / R. H. Wentorf Jr., J. S. Kasper // Science - 1963. - V. 139, N 3552. - P. 338-339.

64. Kasper, J.S. The crystal structures of new forms of silicon and germanium / J. S. Kasper, S. M. Richards // Acta Crystallogr. - 1964. - V. 17, N 6. - P. 752-755.

65. Blank, V. Phase transitions in solids under high pressure. / V. Blank, E. Estrin. - CRC Press, 2013. -450 P.

66. Menoni, C.S. Germanium at high pressures / C. S. Menoni, J. Z. Hu, I. L. Spain // Phys. Rev. B. - 1986. - V. 34, N 1. - P. 362.

67. Hu, J.Z. Crystal data for high-pressure phases of silicon / J. Z. Hu, L. D. Merkle, C. S. Menoni, I. L. Spain // Phys. Rev. B. - 1986. - V. 34, N 7. - P. 4679.

68. В.Г. Еременко. // ФТТ. 1975. Vol. 17. P. 2476.

69. Kobliska R.J., Solin S.A. Raman Spectrum of Wurtzite Silicon / R. J. Kobliska, S. A. Solin // Phys. Rev. B. - 1973. - V. 8, N 8. - P. 3799-3802.

70. Besson, J.M. Electrical properties of semimetallic silicon III and semiconductive silicon IV at ambient pressure / J. M. Besson, E. H. Mokhtari, J. Gonzalez, G. Weill // Phys. Rev. Lett. - 1987. - V. 59, N 4. - P. 473-476.

71. Eremenko, V.G. Electron microscope investigation of the microplastic deformation mechanisms of silicon by indentation / V. G. Eremenko, V. I. Nikitenko // Phys. Status Solidi. - 1972. - V. 14, N 1. - P. 317-330.

72. Pirouz, P. The martensitic transformation in silicon—III. Comparison with other work / P. Pirouz; U. Dahmen, K. H. Westmacott, R. Chaim // Acta Metallurgica. -2017. - V. 38, N 2.

73. Zhao, Y. New metastable phases of silicon / Y.-X. Zhao, F. Buehler, J. R. Sites, I. L. Spain // Solid State Commun. - 1986. - V. 59, N 10. - P. 679-682.

74. Goswami, R. Shock synthesis of nanocrystalline Si by thermal spraying / R. Goswami, S. Sampath, H. Herman, J. B. Parise // J. Mater. Res. - 1999. - V. 14 , N 9. - P. 3489 - 3492.

75. Rapp, L. Experimental evidence of new tetragonal polymorphs of silicon formed through ultrafast laser-induced confined microexplosion / L. Rapp, B. Haberl, C. J. Pickard, J. E. Bradby, E. G. Gamaly, J. S. Williams, A. V. Rode //Nat. Commun. -2015. - V.6. - P. 7555.

76. Joannopoulos, J. D. Electronic properties of complex crystalline and amorphous phases of Ge and Si. I. Density of states and band structures / J. D. Joannopoulos, M. L. Cohen // Phys. Rev. B. - 1973. - V. 7, N 6. - P. 2644.

77. Minomura, S. Pressure induced phase transitions in silicon, germanium and some III-V compounds / S. Minomura, H. G. Drickamer // J. Phys. Chem. Solids. -1962. - V. 23, N 5. - P. 451-456.

78. Jamieson, J.C. Crystal structures at high pressures of metallic modifications of silicon and germanium // Science. - 1963. - V. 139, N 3556. - P. 762-764.

79. Werner, A. Cardona M. X-rays investigation of the a^ p phase transition in the GexSil- x solid solutions at high pressure / A. Werner, J. A. Sanjurjo, M. Cardona // Solid State Commun. - 1982. - V. 44, N 2. - P. 155-158.

80. Qadri, S. B. High pressure studies of Ge using synchrotron radiation / S. B. Qadri, E. F. Skelton, A. W. Webb // J. Appl. Phys. - 1983. - V. 54, N 6. - P. 36093611.

81. Bates, C. H. High-Pressure Transitions of Germanium and a New High-Pressure Form of Germanium / C. H. Bates, F. Dachille, R. Roy // Science - 1965. V. 147, N 3660. P. 860-862.

82. Малюшицкая, З. В. Рентгенографическое изучение фазовой диаграммы германия при давлениях до 12 ГПа и температурах до 673 K / З. В. Малюшицкая, С. С. Кабалкина // Физика твердого тела. - 1984. - V. 26, N 8. - P. 2259-2263.

83. Cannon, J. F. Behavior of the elements at high pressures // J. Phys. Chem. Ref. Data. - 1974. - V. 3, N 3. - P. 781-824.

84. Zakharov, O. Quasiparticle band structures of six ii-vi compounds: ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, and CdTe / O. Zakharov, A.Rubio, X. Blase, M. L. Cohen, S.

G. Louie // Phys. Rev. B. - 1994. - V. 50, N 15. - P. 10780.

85. Zhou, P. First-principles study of pressure induced phase transition, electronic structure and elastic properties of CdS / P. Zhou, X.-Q. Wang, M. Zhou, C.-

H. Xia, L.-N. Shi, C.-H. Hu // Acta Phys. Sin. - 2013- V. 62, N 8. - P. 087104.

86. Tan, J. High-pressure phase transitions and thermodynamic behaviors of cadmium sulfide / J. Tan, Y. Li, G. Ji // Acta Phys. Pol. A. - 2011. - V. 120, N 3. - P. 501-506.

87. Cao, H. Growth and optical properties of wurtzite-type CdS nanocrystals / H. Cao, G. Wang, S. Zhang, X. Zhang, D. Rabinovich // Inorg. Chem. - 2006. - V. 45, N 13. - P. 5103-5108.

88. Knudson, M.D. Transformation mechanism for the pressure-induced phase transition in shocked CdS / M. D. Knudson, Y. M. Gupta, A. B. Kunz // Phys. Rev. B. -1999. - V. 59, N 18. - P. 11704.

89. Stoffel, N.G. Experimental band structure of cadmium sulfide // Phys. Rev. B. - 1983. - V. 28, N 6. - P. 3306.

90. Makino, T. Structural phase transition of CdS microcrystals embedded in glassy matrix under high pressure / T. Makino, K. Matsuishi, S. Onar, T. Arai // J. Phys. Condens. Matter. - 1998. - V. 10, N 48. - P. 10919.

91. Zhao, X.-S. Spectroscopic investigations of CdS at high pressure / X.-S. Zhao, J. Schroeder, T. G. Bilodeau, L.-G. Hwa // Phys. Rev. B. - 1989. - V. 40, N 2. -P. 1257.

92. Venkateswaran, U. Low-temperature studies of the photoluminescence in CdS under hydrostatic pressure / U. Venkateswaran, M. Chandrasekhar // Phys. Rev. B. - 1985. - V. 31, N 2. - P. 1219.

93. Corll, J.A. Recovery of the high-pressure phase of cadmium sulfide // J. Appl. Phys. - 1964. - V. 35, N 10. - P. 3032-3033.

94. Antao, S.M. Temperature dependence of the structural parameters in the transformation of aragonite to calcite, as determined from in situ synchrotron powder X-ray-diffraction data / S. M. Antao, I. Hassan // Can. Mineral. - 2010. - V. 48, N 5. - P. 1225-1236.

95. Xiao, J. Phase transformation of cadmium sulfide under high temperature and high pressure conditions / J. Xiao , B. Wen, R. Melnik, Y. Kawazoe, X. Zhang // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2014. - V. 16, N 28. - P. 14899-14904.

96. Lombardi, E. Stability of crystals of II-VI and III-V compounds in terms of three-ion interactions / E. Lombardi, L. Jansen // Phys. Rev. - 1965. - V. 140, N 1A. -P. A275.

97. Miller, R.O. High-Pressure Phase-Equilibrium Studies of CdS and MnS by Static and Dynamic Methods / R. O. Miller, F. Dachille, R. Roy // J. Appl. Phys. -1966. - V. 37, N 13. - P. 4913-4918.

98. Работнов, Ю. Н. Сопротивление материалов. - Москва: Физматгиз, 1962. - 456 С.

99. Аввакумов, Е.Г. Механические методы активации химических процессов. - Новосибирск: Наука, 1986. — 303 С.

100. Maurice D.R., Courtney T.H. The physics of mechanical alloying: a first report / D. R. Maurice, T. H. Courtney // Metall. Trans. A. - 1990. - V. 21, N 1. - P. 289-303.

101. Kulnitskiy, B. Mutual transformation between crystalline phases in silicon after treatment in a planetary mill: HRTEM studies / B. Kulnitskiy, M. Annenkov, I. Perezhogin, M. Popov, D. Ovsyannikov, V. Blank // Acta Cryst. - 2016. - V. B72- P. 733-737.

102. Gusev, A.I. Production of nanocrystalline powders by high-energy ball milling: model and experiment / A. I. Gusev, A. S. Kurlov // Nanotechnology. - 2008. - V. 19, N 26. - P. 265302.

103. Lipp, M.J.. Nanocrystalline diamond: Effect of confinement, pressure, and heating on phonon modes / M. J. Lipp, V. G. Baonza, W. J. Evans, H. E. Lorenzana // Phys. Rev. B. - 1997. - V. 56, N 10. - P. 5978-5984.

104. Гарбер, Р.И. Физика прочности кристаллических тел / Р. И. Гарбер, И. А. Гиндин// Успехи физических наук. - 1960. - Т. 70, № 1. С. 57-110.

105. Kwon, Y.-S. Ball temperatures during mechanical alloying in planetary mills / Y.-S. Kwon, K. B. Gerasimov, S.-K. Yoon // J. Alloys Compd. - 2002. - V. 346, N 1-2. - P. 276-281.

106. Shechtman, D. High-order twin boundaries in CVD diamond films / D. Shechtman, A. Feldman, J. L. Hutchison // Mater. Lett. - 1993. - V. 17, N 5. - P. 211216.

107. Klassen-Neklyudova, M. V. Mechanical twinning of crystals. - N. Y.: Consultants Bureau, 1964. - 213 P.

108. Zhu, Y. T. Formation mechanism of fivefold deformation twins in nanocrystalline face-centered-cubic metals / Y. T. Zhu, X. Z. Liao, R. Z. Valiev // Appl. Phys. Lett. - 2005. - V. 86, N 10. - P. 103112.

109. Oku, T. Atomic structures and stability of hexagonal BN, diamond and Au multiply-twinned nanoparticles with five-fold symmetry / T. Oku, K. Hiraga // Diam. Relat. Mater. - 2001. - V. 10, N 3-7. - P. 1398-1403.

110. Blank, V.D. A new carbon structure formed at MeV neutron irradiation of diamond: structural and spectroscopic investigations / V. D. Blank, V. Aksenenkov, M. Yu. Popov, S. Perfilov, B. A. Kulnitskiy, Ye.V. Tatyanin, O. M. Zhigalina, B. N. Mavrin, V. N. Denisov, A. N. Ivlev, V. M. Chernov, V. A. Stepanov // Diam. Relat. Mater. - 1999. - V. 8, N 7. - P. 1285-1290.

111. Ovsyannikov, D. Intermediate carbon phase. New experimental data and atomic model / D. Ovsyannikov, P. Sorokin, M. Popov, V. Blank, B. Kulnitskiy, V. Zhukov, T. Gordeeva, L. Antipina // Diam. Relat. Mater. - 2022. - V. 123. - P. 108825.

112. Blank, V.D. Direct phase transformation of the intermediate carbon phase into graphite under electron-beam irradiation / V. D. Blank, B. A. Kulnitskiy, O. M. Zhigalina // J. SUPERHARD Mater. - 2002. - V. 24, N 4. - P. 1-6.

113. Andreev, V.D. Spontaneous graphitization and thermal disintegration of diamond at T>2000 K // Phys. Solid State. . - 1999. - V. 41, N 4. -P. 627-632.

114. Tomita, S. Structure and electronic properties of carbon onions / S. Tomita, T. Sakurai, H. Ohta, M. Fujii, S. Hayashi// J. Chem. Phys. - 2001. - V. 114, N 17. - P. 7477-7482.

115. Kulnitskiy, B. Polytypes and twins in the diamond-lonsdaleite system formed by high-pressure and high-temperature treatment of graphite / B. Kulnitskiy, I. A. Perezhogin, G. Dubitsky, V. D. Blank // Acta Crystallogr. Sect. B Struct. Sci. Cryst. Eng. Mater. - 2013. - V. 69, N 5. - P. 474-479.

116. Wright, T.W. Theory of adiabatic shear bands Adiabatic Shear Localization: Frontiers And Advances / ed. B. Dodd and Y. Bai // Amsterdam: Elsevier Insights. 2012. - 468 P.

117. Kulnitskiy, B.A. The effect of boron on the structure and lattice parameters of diamond single crystals / B. Kulnitskiy, V. D. Blank, M. S. Kuznetsov, S. Nosukhin, S. A. Terentiev // Diam. Relat. Mater. - 2024. - V. 144. - P. 111015.

118. Kulnitskiy, B.A. Transformation-deformation bands in C60 after the treatment in a shear diamond anvil cell / B. Kulnitskiy, V. D. Blank, V. I. Levitas, I. A. Perezhogin, M. Popov, A. Kirichenko, E. Tyukalova// Mater. Res. Express. - 2016. - V. 3, N 4. - P. 45601.

119. Levitas, V.I. Strain-induced structural changes and chemical reactions—II. Modelling of reactions in shear band / V. I. Levitas, V. F. Nesterenko, M. A. Meyers // Acta Mater. - 1998. - V. 46, N 16. - P. 5947-5963.

120. Blank, V.D. New structure after thermobaric treatment of solid C60 / V. D. Blank, Y. V. Tatyanin, B. A. Kulnitskiy // Phys. Lett. A. - 1997. - V. 225. - P. 121126.

121. Курдюмов, Г. В. Превращения в железе и стали / Г. В. Курдюмов, Л. М. Утевский, Р. И. Энтин. - Москва : Наука, 1977. - 238 С.

122. Christian, J. W. The Theory of Transformations in Metals and Alloys, Part I-Equilibrium and General Kinetic Theory. - Oxford: Pergamon Press, 1975. - 586 P.

123. Usikov, M. P. The orientation relationship between the a-and ю-phases of titanium and zirconium / M. P. Usikov, V. A. Zilbershtein // Phys. status solidi. - 1973.

- V. 19, N 1. - P. 53-58.

124. Малюшицкая, З.В. Определение структурных прототипов метастабильных фаз высокого давления Si III и Ge III / З. В. Малюшицкая, В. Д. Бланк // Фазовые переходы. 1993. - С. 18-25.

125. Blank, V.D. Crystallogeometry of polymorphic transitions in silicon under pressure / V. D. Blank, B. A. Kulnitskiy // High Press. Res. - 1996. - V. 15, N 1. - P. 31-42.

126. Nguyen, M.C. Genetic algorithm prediction of crystal structure of metastable Si-IX phase / M. C. Nguyen, X. Zhao, Y. Wang, C.-Z. Wang, K.-M. Ho// Solid State Commun. - 2014. - V. 182. - P. 14-16.

127. Cerva, H. High-resolution electron microscopy of diamond hexagonal silicon in low pressure chemical vapor deposited polycrystalline silicon // J. Mater. Res.

- 1991. - V. 6, N 11. - P. 2324-2336.

128. Domnich, V. Phase transformations in silicon under contact loading / V. Domnich, Y. Gogotsi // Rev. Adv. Mater. Sci. - 2002. - V. 3, N 1. - P. 1-36.

129. Buffat, P. Size effect on the melting temperature of gold particles / P. Buffat, J. P. Borel // Phys. Rev. A. - 1976. - V. 13, N 6. - P. 2287.

130. Verma, A.R. Polymorphism and polytypism in crystals / A. R. Verma, P. Krishna // Wiley. 1966. - 341 P.

131. Stukowski, A. Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO-the Open Visualization Tool // Model. Simul. Mater. Sci. Eng. - 2009. - V. 18, N 1. - P. 15012.

132. Tan, T.Y. On the diamond-cubic to hexagonal phase transformation in silicon / T. Y. Tan, H. Foil, S. M. Hu // Philos. Mag. A. - 1981. - V. 44, N1. - P. 127140.

133. Kim, J. H. High-resolution transmission electron microscopy study of pulsed laser beam crystallized Si thin film: the formation of hexagonal Si and defects / J. H. Kim, J. Y. Lee // Thin Solid Films. - 1997. - V. 292, N 1-2. - P. 313-317.

134. Zhang, Y. Stable hexagonal-wurtzite silicon phase by laser ablation / Y. Zhang, Z. Iqbal, S. Vijayalakshmi, H. Grebel // Appl. Phys. Lett. - 1999. - V. 75, N 18. - P. 2758-2760.

135. Zhang, J. Y. Wurtzite Silicon Nanocrystals Deposited by the Cluster-Beam Evaporation Technique / J.Y. Zhang, H. Ono, K. Uchida, S. Nozaki, H. Morisaki // Phys. status solidi. - 2001. - V. 223, N 1. - P. 41-45.

136. Hendriks, M. Additional X-ray and electron diffraction peaks of polycrystalline silicon films / M. Hendriks, S. Radelaar, A. M. Beers, J. Bloem // Thin Solid Films. - 1984. - V. 113, N 1. - P. 59-72.

137. Raffy, C. Properties of hexagonal polytypes of group-IV elements from first-principles calculations / C. Raffy, J. Furthmuller, F. Bechstedt // Phys. Rev. B. -2002. - V. 66, N 7. - P. 75201.

138. Hyde, B.G. The (twin) composition plane as an extended defect and structure-building entity in crystals / B. G. Hyde, S. Andersson, M. Bakker, C. M. Plug, M. O'Keeffe // Prog. Solid State Chem. - 1979. - V. 12, N 3-4. - P. 273-327.

139. Inamura, T. Crystallography of nanometre-sized a'-martensite formed at intersections of mechanical y-twins in an austenitic stainless steel / T. Inamura, K. Takashima, Y. Higo // Philos. Mag. - 2003. - V. 83, N 8. - P. 935-954.

140. Тонков, Е. Ю. Фазовые диаграммы элементов при высоком давлении / Е. Ю. Тонков. - М.: Наука. 1979. - 192 С.

141. Морозов, Е. М. Контактные задачи механики разрушения. / Е. М. Морозов, М. В. Зернин. - Москва: Машиноведение. 1999. - 543 С.

142. Lifshitz, Y. Nanostructure. Epitaxial diamond polytypes on silicon / Y. Lifshitz, X. F. Duan, N. Shang, Q. Li, L. Wan, I. Bello, S. T. Lee // Nature. - 2001. - V. 412. - P. 404.

143. Gilman, J. J. Chemistry and physics of mechanical hardness // Wiley Series on Processing of Engineering Materials (V. 5) - H.: Wiley. 2009. - 232 P.

144. Roundy, D. Ideal strength of diamond, Si, and Ge / D. Roundy, M. L. Cohen // Phys. Rev. B. - 2001. - V. 64, N 21. - P. 212103.

145. Chacham, H. Instabilities in diamond under high shear stress / H. Chacham, L. Kleinman // Phys. Rev. Lett. - 2000. - V. 85, N 23. - P. 4904.

146. Ogata, S. Ideal shear strain of metals and ceramics / S. Ogata, J. Li, N. Hirosaki, Y. Shibutani, S. Yip // Phys. Rev. B. - 2004. - V. 70, N 10. P. - 104104.

147. Kailer, A. Phase transformations of silicon caused by contact loading / A. Kailer, Y. G. Gogotsi, K. G. Nickel // J. Appl. Phys. - 1997. - V. 81, N 7. - P. 30573063.

148. Остриков, О. М. Методика прогнозирования распределения полей напряжений в реальных кристаллах с остаточными некогерентными двойниками / О. М. Остриков. - Гомель : ГГТУ им. П. О. Сухого, 2019. - 278 С.

149. Annenkov, M. R. Structure of boron carbide after applying shear deformations under a pressure to 55 GPa / M. R. Annenkov, B. A. Kulnitskiy, I. A. Perezhogin, D. A. Ovsyannikov, M. Yu. Popov, V. D. Blank // Phys. Solid State. -2017. - V. 59. - P. 929-933.

150. Madhav Reddy, K. Enhanced mechanical properties of nanocrystalline boron carbide by nanoporosity and interface phases / K. Madhav Reddy, J. J. Guo, Y. Shinoda, T. Fujita, A. Hirata, J. P. Singh, J. W. McCauley, M. W. Chen // Nat. Commun. - 2012. - V. 3, N 1. - P. 1052.

151. Annenkov, M. Boron carbide nanoparticles for high-hardness ceramics: Crystal lattice defects after treatment in a planetary ball mill / M. Annenkov, V. D. Blank, B. A. Kulnitskiy, K. V. Larionov, D. Ovsyannikov, I. Perezhogin, M. Popov, P. B Sorokin // J. Eur. Ceram. Soc. - 2017. - V. 37, N 4. - P. 1349-1353.

152. Reddy, K.M. Atomic structure of amorphous shear bands in boron carbide / K. M. Reddy, P. Liu, A. Hirata, T. Fujita, M.W. Chen // Nat. Commun. -2013. - V. 4, N 1. - P. 2483.

153. Qu, R.-T. Direct observations on the evolution of shear bands into cracks in metallic glass / R.-T. Qu, F.-F. Wu, Z.-F. Zhang, J, Eckert // J. Mater. Res. 2009. - V. 24. - P. 3130-3135.