186
ровать разные политипы графита. В природном графите преобладает α-
политип с плотной упаковкой слоев с периодом в поперечном направле-
нии в два слоя (гексагональная симметрия). В меньших количествах
встречается β-графит, имеющий пространственную структуру с периодом
в три графеновых слоя (ромбоэдрическая симметрия). По мере накопле-
ния большого количества дефектов упаковки образуется
материал с до-
вольно случайным чередованием и ориентацией графеновых слоев, кото-
рый именуют «турбостратическим графитом». Естественно ожидать на-
следования политипов в наноусах, характерных для кристаллов графита.
Выполненный анализ задач кручения графитоподобных стержней из
анизотропного материала с ромбоэдрической и гексагональной симметри-
ей позволяет сделать заключения об упругих свойствах. Стержни, выре-
занные
перпендикулярно графеновым плоскостям из монокристалла гек-
сагонального графита, легко закручиваются. Крутильная жесткость ока-
зывается пропорциональной самому малому из модулей упругости графи-
тового материала c
44
. Это является отражением легкого относительного
скольжения соседних плоскостей в стопке параллельных графеновых сло-
ев при закручивании стержня. Для стержня из ромбоэдрического графита
однородное кручение возможно только при ограничении на коэффициен-
ты упругости c
14
=0.
В случае структуры, ориентированной продольно таким образом, что
лабораторная система отличается от кристаллографической поворотом
вокруг оси y, крутильная жесткость для стержня с круговым сечением
оказывается пропорциональной c
44
. Оценка роли анизотропии на примере
цилиндрического стержня эллиптического сечения показывает, что пока
форма стержня остается слабо сжатой, крутильная жесткость практически
пропорциональна одному (из шести) малому коэффициенту жесткости c
44
.
Однако в пределе тонкой эллиптической пластины крутильная жесткость
становится пропорциональной другим коэффициентам жесткости (c
11
-c
12
).
Для структуры, получающейся поворотом вокруг оси x, возможно реше-
ние только при c
14
=0, т.е. в случае гексагональной структуры.
Сильная анизотропия атомарного строения графитоподобных стерж-
ней находит отражение и в прочностных свойствах. Благодаря высокой
величине ковалентной связи между углеродными атомами в графеновых
плоскостях и гораздо меньшим ван-дер-ваальсовым силам взаимодейст-
вия между плоскостями наибольшей прочностью при растяжении будут
обладать стержни, вырезанные вдоль
графеновых плоскостей. Оценка
прочности по одной десятой доле от модуля Юнга дает 100 ГПа, что ока-
зывается достаточно реалистично.
Из-за более слабых ван-дер-ваальсовых сил сцепления между графено-
выми плоскостями прочности их нормального расслаивания и тангенци-
ального относительного скольжения будут гораздо меньшими. Для