Низкотемпературные механические свойства фуллеритов: структура, упругость, пластичность, прочность (Обзор)
Систематизированы и описаны результаты длительных исследований физико-механических свойств молекулярных кристаллов С60 и С70 (фуллеритов). Эти материалы - новая аллотропная форма углерода, в них роль элементарных структурных единиц играют фуллерены - стабильные молекулы из 60 и 70 атомов. Молекулы объединены в кристаллические структуры преимущественно дисперсионными (ван-дер-ваальсовыми) силами с небольшой долей ковалентной связи. Обсуждены особенности кристаллических структур фуллеритов и происходящих в них фазовых превращений, которые обусловлены дисперсионными силами, ориентационным упорядочением и динамикой вращательных степеней свободы молекул. Наиболее интересные трансформации решеточных структур и ориентационного состояния молекул в фуллеритах наблюдаются в интервале температур 77 К ≲ Т ≲ 350 К. Большинство экспериментальных исследований выполнены при этих температурах, они были направлены на изучение влияния решеточно-ориентационных фазовых переходов на механические свойства монокристаллов, поликристаллов и компактов. В них использованы методы акустической спектроскопии при низких и высоких частотах колебаний, методы микро- и наноиндентирования и макродеформирования. Детально описаны кристаллогеометрические аспекты и дислокационные механизмы пластического скольжения в фуллеритах, методы наблюдения дислокаций и изучения их подвижности. Рассмотрено также влияние на механические свойства фуллеритов различных внешних факторов: освещения (фотопластический эффект), импульсного магнитного поля (магнитопластический эффект), давления при компактировании образцов (эффект барополимеризации), насыщения образцов с различной морфологией примесями водорода, кислорода и инертных газов. Обсуждение результатов экспериментов сопровождается кратким описанием их теоретической интерпретации на основе анализа взаимодействия упругих и пластических деформаций решетки фуллерита с процессами ориентационного упорядочения, вращения и либрационных колебаний молекул.