Layered Crystals as Porous Materials: the Effect of Ultrasonic Treatment

Abstract

Шаруватий кристал є набором пакетів, що складаються з ковалентно зв’язаних між собою декількох моноатомних площин. Сусідні пакети взаємодіють між собою надто слабими ван дер ваальсовими силами, що і є причиною різкої анізотропії шаруватих кристалів. Така анізотропія породжує можливості в широких межах міняти фізичні властивості шаруватих кристалів такими зовнішніми факторами як УЗ-обробка чи інтеркаляція. Шаруваті кристали можна розглядати як специфічні поруваті матеріали з ван дер ваальсовими щілинами в якості пор. Для опису змін властивостей шаруватого кристалу, спричиненого дією зазначених факторів, була використана модель Кроніга-Пенні. Оскільки експериментально встановлено, що такі фактори призводять до розширення шаруватого кристалу виключно за рахунок змін ван дер ваальсових щілин, то пропоноване в роботі моделювання – це аналіз моделі Кроніга-Пенні зі зміною в ній єдиного геометричного параметра кристалу – ширини його ван дер ваальсової щілини. Були розраховані зміни електронного спектру, спричинені такою зміною, а на їх основі проаналізовані прояви в квантовій ємності шаруватого кристалу.

A layered crystal is a set of packets consisting of covalently interconnected several monoatomic planes. At the same time, neighboring packets interact with much weaker van der Waals forces. This is the reason for the sharply anisotropic nature of layered crystals, which allows to largely change their physical properties by such external factors as ultrasonic treatment or intercalation. Layered crystals can be considered as specific porous materials with van der Waals gaps as pores. The Kronig-Penney model was used to describe the changes in the properties of the layered crystal caused by these factors. Since it is experimentally established that such factors lead to the expansion of the layered crystal exclusively due to changes in the van der Waals gap, the proposed modeling was an analysis of the Kronig-Penney model with a change in the only geometric parameter of the crystal – the width of its van der Waals gap. The changes in the electronic spectrum caused by such a change were calculated, and on their basis, the manifestations in the quantum capacity of the layered crystal were analyzed.