Topological Defects in Aggregation of the C60 Fullerene in the Isotactic Polypropylene Matrix

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Basing on the data of small-angle neutron scattering for the nanocomposite composed of fullerene C60 (16.5 wt. %) in the matrix of isotactic polypropylene, we received information on clusterization of nanoparticles and defined their geometric parameters and dimensionality. In this paper, we propose interpretation of particle aggregation possessing the properties of surface fractal in the size range up to 80 nm observed using small-angle neutron scattering method. Basing on the well-known theories of defect structures of a fullerene molecule C60 in non-Euclidean metrics, in particular, of disclinations and monopole in two-dimensional spherical Gödel space—time, we formulate a lattice version for the action of monopole gas, in which with the lattice Monte Carlo method, using abelian projection, we estimate the energy of monopole currents at different monopole concentrations. In frames of the proposed model, it is possible to calculate fractal properties of the fullerene C60 in a polymer composite and also to interpret evolution of disclinations.

Full Text

Restricted Access

About the authors

L. V. Elnikova

National Research Center “Kurchatov Institute”; Southwest State University

Author for correspondence.
Email: elnikova@itep.ru
Russian Federation, Moscow, 117218; Kursk, 305040

A. N. Ozerin

N.S. Enikolopov Institute of Synthetic Polymeric Materials, Russian Academy of Sciences

Email: elnikova@itep.ru
Russian Federation, Moscow, 117393

V. G. Shevchenko

N.S. Enikolopov Institute of Synthetic Polymeric Materials, Russian Academy of Sciences

Email: shev@ispm.ru
Russian Federation, Moscow, 117393

P. M. Nedorezova

N.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Email: elnikova@itep.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

O. M. Palaznik

N.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Email: elnikova@itep.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

A. T. Ponomarenko

N.S. Enikolopov Institute of Synthetic Polymeric Materials, Russian Academy of Sciences

Email: elnikova@itep.ru
Russian Federation, Moscow, 117393

V. V. Skoi

Joint Institute for Nuclear Research; Moscow Institute of Physics and Technology

Email: elnikova@itep.ru
Russian Federation, Dubna, 141980; Dolgoprudny, 141701

A. I. Kuklin

Joint Institute for Nuclear Research; Moscow Institute of Physics and Technology

Email: alexander.iw.kuklin@gmail.com
Russian Federation, Dubna, 141980; Dolgoprudny, 141701

References

  1. Dresselhaus M.S., Dresselhaus G., Eklund P.C. Science of Fullerenes and Carbon Nanotubes: Their Properties and Applications, San Diego, California: Academic Press, 1996. 965 p.
  2. Elnikova L.V., Ozerin A.N., Shevchenko V.G., Nedorezova P.M., Ponomarenko A.T., Skoi V.V., Kuklin A.I. // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. 2021. V. 29. Iss. 10. P. 783. https://doi.org/10.1080/1536383X.2021.1896496
  3. Polshchikov S.V., Nedorezova P.M., Komkova O.M., Klyamkina A.N., Shchegolikhin A.N., Krasheninnikov V.G., Aladysheva A.M., Shevchenko V.G., Muradyan V.E. // Nanotechnologies in Russia. 2014. V. 9. № 3–4. P. 175. https://doi.org/10.1134/S1995078014020128
  4. Shevchenko V.G., Polshchikov S.V., Nedorezova P.M., Klyamkina A.N., Aladyshev A.M., Chvalun S.N. // Polymer Composites. 2015. V. 36. Iss. 6. P. 1006. https://doi.org/10.1002/pc.23447
  5. Török G., Lebedev V.T., Cser L. // Phys. Solid State. 2002. V. 44. № 3. P. 572.
  6. Aksenov V.L., Tropin T.V., Avdeev M.V., Priezzhev V.B., Schmelzer J.W.P. // Phys. Particles Nuclei. 2005. V. 36. № 1. P. 52.
  7. Avdeev M.V., Khokhryakov A.A., Tropin T.V., Andrievsky G.V., Klochkov V.K., Derevyanchenko L.I., Rosta L., Garamus V.M., Priezzhev V.B., Korobov M.V., Aksenov V.L. // Langmuir. 2004. V. 20. P. 4363. https://doi.org/10.1021/la0361969
  8. Bokare A.D., Patnaik A. // J. Chem. Phys. 2003. V. 119. № 8. P. 4529. https://doi.org/10.1063/1.1594177
  9. Voronin D.P., Buchelnikov A.S., Kostjukov V.V., Khrapatiy S.V., Wyrzykowski D., Piosik J., Prylutskyy Yu I., Ritter U., Evstigneev M.P. // J. Chem. Phys. 2014. V. 140. P. 104909. https://doi.org/10.1063/1.4867902
  10. Peidys D.A., Mosunov A.A., Mykhina Yu.V., Prylutskyy Yu.I., Evstigneev M.P. // Chem. Phys. Lett. 2020. V. 742. P. 137161. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2020.137161
  11. Eletskii A.V., Okun M.V., Smirnov B.M. // Physica Scripta. 1997. V. 55. P. 363.
  12. Безмельницын В.Н., Елецкий А.В., Окунь М.В. // УФН. 1998. Т. 168. № 11. С. 1195. https://doi.org/10.3367/UFNr.0168.199811b.1195
  13. Liu H., Lin Zh., Zhigilei L.V., Reinke P. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. P. 4687. https://doi.org/10.1021/jp0775597
  14. Sundqvist B. // Adv. Phys. 1999. V. 48. № 1. P. 1. http://dx.doi.org/10.1080/000187399243464
  15. Garcia G.Q., Cavalcante E., de M. Carvalho A.M., Furtado C. // Eur. Phys. J. Plus. 2017. V. 132. P. 183. https://doi.org/10.1140/epjp/i2017-11457-1
  16. Kochetov E.A., Osipov V.A. // J. Phys. A: Math. Gen. 1999. V. 32. P. 1961.
  17. Pudlak M., Pincak R., Osipov V.A. // Phys. Rev. A. 2007. V. 75. P. 065201. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.75.065201
  18. Pudlak M., Pincak R., Osipov V.A. // Phys. Rev. A. 2006. V. 74. P. 235435.
  19. Chancey C.C., O’Brien M.C.M. The Jahn-Teller Effect in С60 and Other Icosahedral Complexes. New Jersey, Prinseton: Univ. Press, 1997. 204 p.
  20. Кузьмин А.В. Структурные аспекты эффекта Яна-Теллера в кристаллах анионных комплексов фуллеренов и фталоцианинов: Дис. кандидата ф.-м.н.: 01.04.07. Черноголовка, 2018. 170 с.
  21. González J., Guinea F., Vozmediano M.A.H. // Nucl. Phys. B. 1993. V. 406. P. 771.
  22. Gonzalez J., Guinea F., Vozmediano M.A.H. // Phys. Rev. Lett. 1992. V. 69. P. 172.
  23. Vozmediano M.A.H., de Juan F., Cortijo A. // J. Phys.: Conf. Ser. 2008. V. 129. P. 012001.
  24. Kroto H. // Rev. Mod. Phys. 1997. V. 69. P. 703.
  25. Kroto H.W., Heath J.R., O’Brien S.C., Curl R.F., Smalley R.E. // Nature. 1985. V. 318. P. 162.
  26. Cavalcante E., Carvalho J., Furtado C. // Eur. Phys. J. Plus. 2016. V. 131. P. 288. https://doi.org/10.1140/epjp/i2016-16288-x
  27. Катанаев М.О. // УФН. 2005. Т. 175. № 7. С. 705. https://doi.org/10.3367/UFNr.0175.200507b.0705
  28. Кадич А., Эделен Д. Калибровочная теория дислокаций и дисклинаций. М.: Мир, 1987. 166 с.
  29. Soloviev A.G., Solovjeva T.M., Ivankov O.I., Soloviov D.V., Rogachev A.V., Kuklin A.I. // J. Phys.: Conf. Ser. 2017. V. 848. P. 012020. https://doi.org/10.1088.1742-6596.848.1.012020
  30. Petoukhov M.V., Franke D., Shkumatov A.V., Tria G., Kikhney A.G., Gajda M., Gorba C., Mertens H.D., Konarev P.V., Svergun D.I. // J. Appl. Crystallogr. 2012. V. 45. P. 342. https://doi.org/10.1107/S0021889812007662
  31. Поляков А.М. Калибровочные поля и струны. Черноголовка: ИТФ им. Л.Д. Ландау, 1995. 308 с.
  32. Монастырский М.И. Топология калибровочных полей и конденсированных сред. М.: ПАИМС, 1995. 478 с.
  33. Kolesnikov D.V., Osipov V.A. // Europ. Phys. J. B. 2006. V. 49. P. 465. https://doi.org/10.1140/epjb/e2006-00087-y
  34. Frank F.C. // Phil. Mag. 1951. V. 42. № 331. P. 809.
  35. Zhan B.L., Wang C.Z., Chan C.T., Ho K.M. // Phys. Rev. B. 1993. V. 48. № 15. P. 11381.
  36. Поликарпов М.И. // УФН. 1995. Т. 165. № 6. С. 627.
  37. Chernodub M.N., Gubarev F.V. // JETP Lett. 1995. V. 62. № 2. P. 100.
  38. ’t Hooft G. // Nucl. Phys. B. 1981. V. 190. P. 455.
  39. Kronfeld A.S., Schierholz G., Wiese U.-J. // Nucl. Phys. B. 1987. V. 293. P. 461.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Experimental intensity curves of MRN I(Q) on the IPP-C60 sample with a particle content of 16.5 wt. % and in the IPP matrix (in the box) (a). The intensity curves of the MPR are lgI(Q) (b), the regularized curve Ireg(Q) [2] is indicated by a solid line, the fractal particle dimension is ds = 6 — |k| = 2.9.

Download (101KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Particle volume distribution functions for a sample with 16.5 wt. % of fullerene calculated from scattering curves in the approximation of a polydisperse system of spherical particles of radius R. Thin and thick lines are calculated and smoothed curves, respectively.

Download (54KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Temperature dependence of the average energy of monopole currents at the filler concentration: a — 1 (1), 5 (2), 16.5 wt. % (3); b — 16.5 wt. %. The error of calculations by the Monte Carlo method was 0.1% (not shown).

Download (88KB)
Indexing metadata
5. 4. Magnetic susceptibility <χ> as a function of temperature for different filler concentrations of 1, 5, and 16.5 wt. % (triangles, squares, and circles, respectively), the error of Monte Carlo calculations was 0.1% (not shown).

Download (57KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».