А.С. Смоляр, ФЛЮЇДНИЙ СИНТЕЗ КУБІЧНОГО ГРАФІТУ
https://doi.org/10.15407/mineraljournal.48.01.045
УДК 54.057.549.67
ФЛЮЇДНИЙ СИНТЕЗ КУБІЧНОГО ГРАФІТУ
А.С. Смоляр 1, канд. техн. наук, старш. наук. співроб.
E-mail: assmolyar@ukr.net; orcid: 0009-0002-2201-6823
О.В. Покропивний 1, канд. фіз.-мат. наук, старш. наук. співроб.
E-mail: apokr@ukr.net; orcid: 0009-0001-1268-0635
С.М. Малоштан 2, аспірант
E-mail: scftechnology1@ukr.net; orcid: 0009-0001-0588-6221
В.І. Павлишин 2, д-р геол.-мін. наук, проф., акад. ВШ України, зав. відділу
E-mail: V.I.Pavlyshyn@gmail.com; orcid: 0009-0003-1122-6494
В.О. Куц 3, наук. співроб.
В.О. Бархоленко 2, технік-оператор
E-mail: nivki65@gmail.com; orcid: 0009-0007-1350-7571
А.М. Тітенко 3, канд. фіз.-мат. наук, старш. наук. співроб.
E-mail: anttitenko@ukr.net; orcid: 0009-0000-0380-9233
М.П. Бродніковський 1, канд. фіз.-мат. наук, зав. відділу
E-mail: nbrodnik@gmail.com; orcid: 0000-0001-7649-7373
В.Є. Шелудько 1, канд. техн. наук, старш. наук. співроб.
E-mail: v.sheludko@ipms.kyiv.ua; orcid: 0009-0001-1070-922X
О.М. Блощаневич 1, наук. співроб.
E-mail: alex.bl337777@gmail.com; orcid: 0009-0008-3624-9082
А.І. Стегній 1, наук. співроб.
E-mail: steg888999@gmail.com; orcid: 0009-0007-4082-4425
В.Г. Хоменко 4, д-р техн. наук, доцент
E-mail: v.homenko@i.ua; orcid: 0000-0003-0013-8010
1 Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
03142, м. Київ, Україна, вул. Омеляна Пріцака, 3
2 Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України
03142, м. Київ, Україна, просп. Акад. Палладіна, 34
3 Інститут магнетизму імені В.Г. Бар’яхтара НАН України
03142, м. Київ, Україна, б-р Акад. Вернадського, 36-б
4 Київський національний університет технологій та дизайну
01011, м. Київ, Україна, вул. Мала Шияновська, 2
Мова: українська
Мінералогічний журнал 2026, 48 (1): 45-57
Анотація: Представлені дані рентгенівського аналізу кубічного графіту та інших поліморфних модифікацій вуглецю, синтезованих за зворотною реакцією Будуара флюїдним способом з використанням надкритичного СО2 у ролі флюїду та штучного діаманта АСМ 1/0, сажі, порошків металів як вихідних речовин. Незалежно від виду вихідної речовини в результаті синтезу завжди утворювався кубічний графіт. Проведені експерименти з флюїдного синтезу фаз вуглецю підтверджують деяку аналогію його утворення в природних умовах. Нові результати розширюють картину фазоутворення вуглецевих структур і вписуються в рамки запропонованої нової моделі. Вуглецева фаза кубічний графіт різного ступеня досконалості в умовах флюїдного надкритичного синтезу в середовищі СО2 легко утворюється з багатьох вуглецевих сполук (отримано понад 50 експериментальних зразків з її наявністю). Запропоновано дві можливі моделі структури фази — як ПКФ-С24 та С96. В експериментах вуглекислий газ використано як надкритичний флюїд за різних параметрів тиску, температури та часу. Один із синтезованих зразків, отриманий з використанням магнію, являє собою вуглецевий матеріал з кубічним графітом і проявляє найбільшу кількість чітких ліній на рентгенограмах з усіх використаних нами вихідних речовин: 3,28а, 3,24а, 3.16а, 2,88а, 2,51а, 2,46а, 1,970а, 1,914а, 1,635а, 1,467а. Фаза кубічний графіт є стійкою модифікацією вуглецю.
Ключові слова: флюїдний синтез, діамант, кубічний графіт, фулерит, тиск, температура.
References / Література
Aust, R.B. and Drickamer, H.G. (1963), Science, No. 140, No. 3568, pp. 817-819. https://doi.org/10.1126/science.140.3568.817
Bartoshinsky, Z.V. and Kvasnitsa, V.N. (1991), Crystal morphology of diamond from kimberlites, Nauk. dumka, Kyiv, 172 p. [in Russian].
[Бартошинский, З.В., Квасница, В.Н. (1991), Кристалломорфология алмаза из кимберлитов. Киев: Наук. думка. 172 с.]
Fedoseev, D.V., Deryagin, V.V., Varnin, V.P., Vnukov, S.P., Teremetskaya, I.G. and Polyanskaya, N.D. (1976), Dokl. AN SSSR, Vol. 228, No. 2, pp. 371-375 [in Russian].
[Федосеев, Д.В., Дерягин, В.В., Варнин, В.П., Внуков, С.П., Теремецкая, И.Г., Полянская, Н.Д. (1976), Докл. АН СССР, 228, № 2. С. 371—375.]
Fedoseev, D.V., Novikov, N.V., Vishnevsky, A.S. and Teremetskaya, Yu.G. (1981), Diamond. Handbook, Nauk. dumka, Kyiv, 76 p. [in Russian].
[Федосеев, Д.В., Новиков, Н.В., Вишневский, А.С., Теремецкая, Ю.Г. (1981), Алмаз. Справоч. Киев: Наук. думка, 76 с.]
Haiovskyi, O.V. (2016), Diamond-bearing formations of protoplatform structures of the Ukrainian Shield (on the example of the Kirovograd block), Abstr. diss. candidate geol. sci., Lviv [in Ukrainian].
[Гайовський, О.В. (2016), Алмазоносні формації протоплатформних структур Українського щита (на прикладі Кировоградського блоку): автореф. дис. … канд. геол. наук. Львів.]
Kaminsky, F.V. (2007), Non-kimberlitic diamondiferous igneous rocks: 25 years on. Journ. Geol. Society of India, Vol. 69, No. 3, pp. 557-575. https://doi.org/10.17491/jgsi/2007/690311
Kurdyumov, A.V., Britun, V.F., Borimchuk, N.I. and Yarosh, V.V. (2005), Martensitic and diffusion transformations in carbon and boron nitride during shock compression, Publ. House "Kupriyanova", Kyiv, 192 p. [in Russian].
[Курдюмов, А.В., Бритун, В.Ф., Боримчук, Н.И., Ярош, В.В. (2005), Мартенситные и диффузионные превращения в углероде и нитриде бора при ударном сжатии. Киев: Изд-во "Куприянова". 192 с.]
Kurdyumov, A.V., Malogolovets, V.G., Novikov, N.V., Pylyankevich, A.N. and Shulman, L.A. (1994), Polymorphic modifications of carbon and boron nitride, Reference ed. Metallurgy, Moscow, 318 p. [in Russian].
[Курдюмов, А.В., Малоголовец, В.Г., Новиков, Н.В., Пилянкевич, А.Н., Шульман Л.А. (1994), Полиморфные модификации углерода и нитрида бора. Справ. изд. Москва: Металлургия. 318 с.]
Kurdyumov, O.V. and Brytun, V.F. (2023), Carbon structures - real and hypothetical, Nauk. dumka, Kyiv, 297 p. [in Ukrаinian].
[Курдюмов, О.В., Бритун, В.Ф. (2023), Вуглецеві структури — реальні і гіпотетичні. Київ: Наук. думка. 297 с.]
Kuts, V.O., Smolyar, A.S., Gurin, V.G., Arkhipov, O.P., Barkholenko, V.O., Maloshtan, S.M., Khomenko, B.S. and Titenko, A.M. (2016), Fluid synthesis method and equipment for its implementation, Materials ХІV All-Ukr. Sci. and Pract. Conf. "Special Metallurgy: Yesterday, Today, Tomorrow", April 19, 2016, Kyiv, NTUU "KPI", pp. 597-616 [in Ukrainian].
[Куц, В.О., Смоляр, А.С., Гурін, В.Г., Архіпов, О.П., Бархоленко, В.О., Малоштан, С.М., Хоменко, Б.С., Тітенко, А.М. (2016), Метод флюїдного синтезу та устаткування для його реалізації. Матеріали ХІV Всеукр. наук.-практ. конф. 19 квіт. 2016 р., "Спеціальна металургія: вчора, сьогодні, завтра", Київ: НТУУ "КПІ". С. 597—616.]
Kvasnitsa, V.N., Pavlyshyn, V.I. and Matkovsky, O.I. (1990), Natural Crystals of Ukraine, Publ. House "Svit", Lviv, 120 p. [in Russian].
[Квасница, В.Н., Павлишин, В.И., Матковский, О.И. (1990), Природные кристаллы Украины. Львов: Изд-во "Свит". 120 с.]
Kvasnitsa, V.N., Kharkiv, A.D. and Zinchuk, N.N. (1994), The nature of the diamond, Nauk. dumka, Kyiv, 208 p. [in Russian].
[Квасница, В.Н., Харькив, А.Д., Зинчук, Н.Н. (1994), Природа алмаза. Киев: Наук. думка. 208 с.]
Kvasnytsya, V.M. (2024), Diamonds of Ukraine, Nauk. dumka, Kyiv, 410 p. [in Ukrainian].
[Квасниця, В.М. (2024), Діаманти України. Київ: Наук. думка. 410 с.]
Kocherzhinsky, Ju.A. (1971), Differential thermocouple up to 2450 oC and thermographic investigation of refractory silicides. Thermal Analysis (Vol. 1): Proc. of 3d ICTA (Davos). Basel: Birkhluser Verlag, 1971. pp. 549-559. https://doi.org/10.1007/978-3-0348-7413-7_49
Maloshtan, S.M., Pokropivny, O.V., Smolyar, A.S., Kuts, V.O., Barkholenko, V.O. and Titenko, A.M. (2024), Mineral. Journ. (Ukraine), Vol. 46, No. 2, pp. 46-53 [in Ukrainian]. https://doi.org./10.15407.mineraljournal.46.02.046
[Малоштан, С.М., Покропивний, О.В., Смоляр, А.С., Куц, В.О., Бархоленко, В.О., Тітенко, А.М. (2024), Мінерал. журн. 46, № 2. С. 46—53.]
Man, L.I., Malinovsky, Yu.A. and Semiletov, S.A. (1990), Crystalline phases of carbon. Crystallography, Vol. 35, Iss. 4, pp. 1029-1039 [in Russian].
[Ман, Л.И., Малиновский, Ю.А., Семилетов, С.А. (1990), Кристаллические фазы углерода. Кристаллография. 35, Вып. 4. С. 1029—1039.]
Melnyk, Yu.P. (1978), Thermodynamic properties of gases in the conditions of deep petrogenesis, Nauk. dumka, Kyiv, 152 p. [in Russian].
[Мельник, Ю.П. (1978), Термодинамические свойства газов в условиях глубинного петрогенеза. Киев: Наук. думка. 152 с.]
Pokropivny, A.V., Enyashin, A.N., Smolyar, A.S., Kuts, V.A., Gurin, V.G., Antipov, S.A., Silenko, P.M. and Solonin, Yu.M. (2020), Supercritical fluid synthesis and possible properties of "cubic graphite", Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 11 (4), pp. 1-9. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2020-11-4-408-416
Pokropivny, V.V. and Bekenev, V.L. (2005), Electronic Structure of Novel Carbon Allotrope, the Simple Cubic Fullerite SCF-C24 ("Cubic Graphite") as Prospective Low-Dielectric Molecular Semiconductor. Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, Vol. 13, pp. 415-426. https://doi.org/10.1081/FST-200039418
Pokropivny, V.V., Smolyar, A.S., Pokropivny, A.V., Bekenev, V.L. (2007), The 2nd Int. Workshop on Smart Materials and Structures, held in Kiel, Germany, from 29-31 Aug. 2007, p. 140.
Pokropyvny, V.V., Smolyar, A.S., Maloshtan, S.M., Kuts, V.O., Hurin, V.G., Arkhipov, O.P., Pokropyvnyi, O.V. and Barkholenko, V.O. (2010), Fluid synthesis of new polymorphic modifications of carbon and boron nitride, Alfa-Reklama, Kyiv, 168 p. [in Ukrainian].
[Покропивний, В.В., Смоляр, А.С., Малоштан, С.М., Куц, В.О., Гурін, В.Г., Архіпов, О.П., Покропивний, О.В., Бархоленко, В.О. (2010), Флюїдний синтез нових поліморфних модифікацій вуглецю і нітриду бору. Київ: Альфа-Реклама. 168 с.]
Pokropyvny, V.V. (2005), Structures of unconventional allotropic modifications of carbon and polymorphic phases of boron nitride, Nanostructure Materials Science, No. 1, Kyiv, pp. 39-56 [in Russian].
[Покропивный, В.В. (2005), Структуры нетрадиционных аллотропных модификаций углерода и полиморфных фаз нитрида бора. Наноструктурное материаловедение. № 1. с. 39—56.]
Pokropivny, V.V. and Pokropivny, A.V. (2004), Structure of "cubic graphite" — simple cubic fullerite C24, FTT, Vol. 46, Iss. 2, pp. 380-382 [in Russian]. https://doi.org/10.1134/1.1649442
[Покропивный, В.В., Покропивный, А.В. (2004), Cтруктура "кубического графита" — простой кубический фуллерит С24. ФТТ. 46, вып. 2. с. 380—382.]
Shterenberg, L. and Bogdanova, S. (1979), Inorg. Mat., No. 15, p. 632, Pattern No. 46-943.
Shumilova, T.G., Kablis, G.N. and Pushkarev, E.V. (2002), Typomorphic features of graphite mineralization of possible alternative high-pressure sources of diamonds, Dokl. Ros. Akad. Nauk, Vol. 387, No. 1, pp. 98-101 [in Russian].
[Шумилова, Т.Г., Каблис, Г.Н., Пушкарев, Е.В. (2002), Типоморфные особенности графитовой минерализации возможных альтернативных высокобарических источников алмазов. Докл. Рос. акад. наук. 387, № 1. С. 98—101.]
Shumilova, T.G. (2003a), Mineralogy of native carbon. Abstr. diss. DrSc geol.-mineral. sci., Syktyvkar [in Russian].
[Шумилова, Т.Г. (2003a), Минералогия самородного углерода: автореф. дис. … д-ра геол.-мин. наук. Сыктывкар.]
Shumilova, T.G. (2003b), Mineralogy of native carbon, Ural Branch RAS, Ekaterinburg, 315 p. [in Russian].
[Шумилова, Т.Г. (2003b), Минералогия самородного углерода. Екатеринбург: УрО РАН. 315 с.]
Smolyar, A.S. and Malik, V.R. (1996), Thermodynamic aspects of diamond formation from fluid, Superhard material, No. 2, pp. 35-43 [in Russian].
[Смоляр, А.С., Малик, В.Р. (1996), Термодинамические аспекты образования алмазов из флюида. Сверхтвердые материалы. № 2. С. 35—43.]
Smolyar, A.S., Sozin, Yu.I., Barkholenko, V.A., Maloshtan, S.N., Kuts, V.A., Hurin, V.G., Arkhipov, A.P., Gerasimov, A.Yu., Razvadovsky, N.A. and Titenko, A.N. (2002a), On the question of the existence of cubic graphite, Superhard material, No. 2, pp. 79-81 [in Russian].
[Смоляр, А.С., Созин, Ю.И., Бархоленко, В.А., Малоштан, С.Н., Куц, В.А., Гурин, В.Г., Архипов, А.П., Герасимов, А.Ю., Развадовский, Н.А., Титенко, А.Н. (2002a), К вопросу о существовании кубического графита. Сверхтвердые материалы. № 2. С. 79—81.]
Smolyar, A.S., Zolotarenko, O.P., Pokropivny, O.V., Kuts, V.O., Gurin, V.G., Nevdacha, V.V., Arkhipov, S.O., Barkholenko, V.O., Maloshtan, S.M., Gerasimov, O.Yu., Shchur, D.V., Burkhan, A.O., Bloshchanevich, O.M., Titenko, A.M. and Khomenko, B.S. (2014), Fluid Synthesis of Carbon Phase, Nanosystems, nanomaterials, nanotechnologies, Vol. 12, Iss. 4, Kyiv, pp. 675-704 [in Ukrainian].
[Смоляр, А.С., Золотаренко, О.П., Покропивний, О.В., Куц, В.О., Гурін, В.Г., Невдача, В.В., Архiпов, С.О., Бархоленко, В.О., Малоштан, С.М., Герасимов, О.Ю., Щур, Д.В., Бурхан, А.О., Блощаневич, О.М., Тітенко, А.М., Хоменко, Б.С. (2014), Флюїдний синтез фаз вуглецю. Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. 12, Вип. 4. С. 675—704.]
Smolyar, A.S., Barkholenko, V.O., Kuts, V.O., Hurin, V.G., Arkhipov, O.P., Maloshtan, S.M., Razvadovskyi, M.A., Sviato, V.P. and Klymovych, A.P. (2002b), Method of synthesis of crystalline materials, mainly oxide. Patent of Ukraine for invention No. 31415, Industrial Property Bull. No. 6 (priority from 08.27.1998) [in Ukrainian].
[Смоляр, А.С., Бархоленко, В.О., Куц, В.О., Гурін, В.Г., Архіпов, О.П., Малоштан, С.М., Развадовський, М.А., Свято, В.П., Климович, А.П. (2002b), Спосіб синтезу кристалічних матеріалів, переважно оксидних. Патент України на винахід № 31415. Промислова власність. Бюл. № 6 (пріоритет від 27.08.1998 р.)]
Voznyak, D.K. (2007), Microinclusions and reconstruction of endogenous mineral formation conditions, Nauk. dumka, Kyiv, 280 p. [in Ukrainian].
[Возняк, Д.К. (2007), Мікровключення та реконструкція умов ендогенного мінералоутворення. Київ: Наук. думка. 280 с.]
Yushkin, N.P. (2003), Key Problems of Carbon Geochemistry and Mineralogy. Abstr. papers "Carbon: Mineralogy, Geochemistry and Cosmology." Proc. Int. Conf., Komi Republic, June 24-26, Syktyvkar, p. 6 [in Russian].
[Юшкин, Н.П. (2003), Узловые проблемы геохимии и минералогии углерода. Тез. докл. "Углерод: минералогия, геохимия и космология" Материалы Междунар. конф. Сыктывкар: Республ. Коми, 24-26 июня. С. 6.]