고압하(高壓下) Ni-C 액상(液相) 속에서의 fullerene형(型) 구상흑연입자(球狀黑鉛粒子)의 형성(形成)

Formation of the Fullerene-type Graphite Spherulites in the Ni-C Liquid under High Pressure

고온고압하(高溫高壓下)에서의 Ni-C 액상(液相) 중에서 구상흑연입자(球狀黑鉛粒子)의 형성과정을 밝히기 위한 실험적인 관찰을 행하였다. 구상 흑연입자는 다이아몬드 안정역에서 유지하는 동안 안정한 형태로 생성되어 성장하였다. 이 때의 구상 흑연입자는 다결정형태(多結晶形態)가 아닌 연속적으로 성장한 많은 결함을 포함하는 단결정형태(單結晶形態)(fullerene형(型))를 하고 있었다. 표면분석기(表面分析機)(Auger electron spectroscope) 및 고분해능(高分解能) 투과전자현미경(透過電子顯微鏡)을 이용한 분석결과 구상 흑연 입자는 $sp^2$ 및 $sp^3$ 결합을 갖는 탄소원자가 혼재(混在)되어 있는 결정상태임이 밝혀졌다. 다이아몬드 안정역으로부터 흑연 안정역으로 압력이 감소함에 따라 흑연입자의 모양이 구형(球形)에서 평판형(平板形)으로 연속적으로 변해가는 것이 관찰되었다. 다이아몬드 안정역에서 형성되는 구상 흑연입자는 $sp^3$ 결합을 가지는 탄소 원자의 안정적인 존재 때문인 것으로 해석되었다. 많은 결함을 포함하는 큰 크기의 fullerene형(型) 구상 흑연입자가 연속적으로 성장하는 사실은 Kroto가 예측한 대형 fullerene의 성장과정을 실험적으로 뒷받침해 주는 결과라 생각한다.

The formation of the graphite spherulites has been studied experimentally in the Ni-C liquid under high pressure and temperature. In the diamond-stable region the graphite spherulites were formed and grew stably. They were not the polycrystalline particles but the single crystals of the fullerene-type, respectively, grown spirally with much imperfection. And they were proved to be in a mixture state of carbon atoms with $sp^2$- and $sp^3$-bonding by an Auger electron spectroscope and a high resolution transmission electron microscope. As the pressure decreased from the diamond-stable region to the graphite-stable region, the shape of the graphite particles changed gradually from the sphere to the flaky shape. The formation of the graphite spherulites was attributed to the stable existence of the carbon atoms with $sp^3$ bonding in the diamond-stable region. The formation of the large fullerene-type graphite spherulites with much imperfection is well agreed with Kroto's prediction for growth of the giant fullerene.