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Discontinuous phase diagram of amorphous carbons

National Science Review 2024年第4期11卷 164-171页

作者： YinBo Zhu ZhouYu Fang ZhongTing Zhang HengAn Wu CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials Department of Modern MechanicsUniversity of Science and Technology of China State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics Institute of Mechanics Chinese Academy of Sciences

The short-range order and medium-range order of amorphous carbons demonstrated in experiments allow us to rethink whether there exist intrinsic properties hidden by atomic disordering. Here we presented six representative phases of amorphous carbons（0.1–3.4 g/cm3）, namely, disordered graphene network（DGN）, high-density amorphous carbon（HDAC）, amorphous diaphite（a-DG）, amorphous diamond（a-D）, paracrystalline diamond（p-D）, and nano-polycrystalline diamond（NPD）, respectively, classified by their topological features and microstructural characterizations that are comparable with experiments. To achieve a comprehensive physical landscape for amorphous carbons, a phase diagram was plotted in the sp3/sp2versus density plane, in which the counterintuitive discontinuity originates from the inherent difference in topological microstructures, further guiding us to discover a variety of phase transitions among different amorphous carbons. Intriguingly, the power law, log（sp3/sp2） ∝ ρn, hints at intrinsic topology and hidden order in amorphous carbons, providing an insightful perspective to reacquaint atomic disorder in non-crystalline carbons.

关键词： amorphous carbons disordered carbons phase diagram microstructural topology phase transition

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