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Conference papers

Formation de diamant à partir de C60 chauffé sous haute pression

Résumé : Jusqu'à récemment, on ne connaissait que 2 formes cristallines du carbone pur : le graphite, stable aux pressions moyennes, et le diamant, stable à haute pression. En 1985, en voulant simuler la formation de poussières carbonées interstellaires, Kroto et al découvrent une nouvelle forme de carbone : les fullerènes. Dès le début des années 90, des traitements sous pression ont été effectués. Pour des pressions plus élevées que 9 GPa et des températures supérieures à 800°C, on obtient d'abord de nouvelles phases carbonées décrites comme étant amorphes, puis du diamant est détecté à partir de 1600°C. La présente étude a pour but d'apporter de nouveaux éléments de caractérisation en couplant la Microscopie Electronique par Transmission et la microspectrométrie Raman. Nous avons travaillé sur des échantillons obtenus à 15 GPa et chauffés jusqu'à 1900°C. Nous avons ainsi pu conforter les résultats acquis antérieurement par Diffraction des Rayons X (DRX) et par Raman, montrant la transformation des cristaux de C60 en diamant à 1900°C, 15 GPa. Ce travail nous a permis de tester la complémentarité du Raman et de la Microscopie Electronique par Transmission. Si le Raman est très sensible pour détecter des phases bien cristallisées (C60, graphite, et tout particulièrement le diamant), l'exploitation des spectres devient complexe dans le cas des carbones mal organisés pour lesquels les bandes sont larges et superposées (notamment dans le cas de mélanges). L'intérêt de la MET, et notamment de son mode franges de réseau, est de pouvoir visualiser des phases intermédiaires détectées, mais non caractérisées par DRX et Raman. Nous avons ainsi pu montrer que la principale phase intermédiaire était un carbone polyaromatique, graphitique, de structure turbostratique et de microtexture en « empreinte digitale ». L'organisation de cette phase s'améliore avec la température (de 1200 à 1500°C), sans toutefois atteindre le graphite, et disparaît avec l'apparition du diamant. Dans l'échantillon obtenu à 1900°C, outre les nanocristaux de diamant qui y sont très majoritaires, nous avons pu détecter une autre phase graphitique caractérisée par un espacement inter-feuillets de 0,33 nm, plus petit que celui du graphite (0,3354 nm). Cette phase pourrait correspondre à la phase ultra-dure signalée dans ces carbones. La microspectrométrie Raman a l'avantage de permettre d'accéder à des données quantitatives. L'organisation de la phase graphitique s'améliore avec la température entre 1200 et 1500°C (croissance de la bande E2g et diminution de la bande de défauts D1, sans que celle-ci s'annule). La décomposition des spectres est meilleure en introduisant une bande de défauts D3 vers 1500 cm-1. L'intensité de cette bande augmente dans cette gamme de température, ce qui est en bon accord avec l'absence de formation de graphite stricto sensu, et la transition directe vers le diamant. L'attribution de la bande D3 à des carbones tétraédriques (sp3) coexistant avec des structures aromatiques (sp2) est ainsi confortée et devrait permettre de mieux comprendre la transition de structures graphitiques au diamant. Ce travail pourrait avoir des applications dans le domaine des Sciences de la Terre et de l'Univers. Ainsi la signification de la coexistence dans les météorites de phases carbonées cristallisées (graphite, diamant), microtexturées (type « noirs de carbone ») et « amorphes » pourraient être discutée sur des bases expérimentales plus solides.
Document type :
Conference papers
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https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/hal-00091447
Contributor : Nathalie Pothier <>
Submitted on : Wednesday, September 6, 2006 - 1:42:54 PM
Last modification on : Friday, April 5, 2019 - 8:08:29 PM

Identifiers

  • HAL Id : hal-00091447, version 1

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Citation

Abelhakim El Morabit, Jean-Noël Rouzaud, Thomas Cacciaguerra, Christian Clinard, Jean-Michel Bény, et al.. Formation de diamant à partir de C60 chauffé sous haute pression. Réunion du Groupe Français d'Etude des Carbones, 2003, Praz-sur-Arly, France. ⟨hal-00091447⟩

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