The Structural Studies of Phase Transitions in the Graphite Intercalation Compounds with Iodine Chloride and Bromine

Abstract

У статті наведені результати досліджень методом рентгенівської дифракції фазових переходів в інтеркальованих сполуках на основі дрібнокристалічного анізотропного піролітичного графіту з хлоридом йоду та бромом. Як вихідний для інтеркалювання був використаний дрібнокристалічний анізотропний піролітичний графіт з відстанню між сусідніми шарами 0.340 нм та розмірами кристалітів 20 нм. Інтеркалювання проводилося стандартним двотемпературним газофазним методом. Досліджена стабільність інтеркальованих сполук графіту при нормальних умовах. Виявлено, що витримка інтеркальованої сполуки графіту з хлоридом йоду при нормальних умовах протягом 20 діб не приводить до суттєвої зміни структури сполуки, в той час як аналогічна витримка для інтеркальованої сполуки з бромом спричинює незначні зміни в структурі. Зокрема, спостерігається перехід від сполуки другої стадії до сполуки третьої стадії. Для інтеркальованих сполук з хлоридом йоду в різних температурних інтервалах оцінений коефіцієнт лінійного теплового розширення. Виявлено, що при температурі 260 K спостерігається суттєва зміна коефіцієнту лінійного теплового розширення. Показано, що така істотна зміна коефіцієнту лінійного теплового розширення пов’язана з фазовим переходом в шарах інтеркалянта з "квазікристалічного" e "квазірідкий" стан. Вперше методом рентгенівської дифракції в інтеркальованих сполуках з хлоридом йоду виявлений в шарі інтеркалянта фазовий перехід типу "безпорядок-порядок".

The paper presents the results of investigation of phase transitions in the intercalation compounds based on fine crystalline anisotropic pyrolytic graphite with iodine chloride and bromine by X-ray diffraction method. As a source for intercalation, the fine crystalline pyrolytic anisotropic graphite with a distance between neighboring graphite layers of 0.340 nm and a crystallite size of 20 nm was used. The intercalation reaction was carried out by standard two-temperature gas-phase method. The stability of graphite intercalation compounds under normal conditions is investigated. It is found that the exposure of graphite intercalation compound with iodine chloride under normal conditions during 20 days has not led to significant changes in the structure of compound while such exposure for graphite intercalation compound with bromine causes some changes in the structure. In particular, transition from the second stage compound to the third stage compound is observed. The coefficient of linear thermal expansion for graphite intercalation compounds with iodine chloride in different temperature intervals is estimated. It is revealed that at a temperature of 260 K there is a significant reduction of the value of the coefficient of linear temperature expansion. It is shown that such a sharp change of the coefficient of linear temperature expansion is related to the phase transition in the intercalate layers from quasicrystalline" state to "quasiliquid" state. For the first time, by the X-ray diffraction method the phase transition of the "disorder – order" type in the intercalate layers is found for graphite intercalation compounds with iodine chloride.