НАНОСТРУКТУРИ В ПОВЕРХНЕВИХ ШАРАХ ВУГІЛЬНОЇ РЕЧОВИНИ - Портнов, В.; Юров, В.; Рева, М.; Маусимбаєва, А.; Іманбаєва, С. (Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Геологія, 2025)
За сучасними уявленнями під поверхневим шаром сполук розуміють надтонку плівку, властивості, структура та склад якої відмінні від кристалічної підкладки, з якою цей шар перебуває в термодинамічній рівновазі. Поверхневий шар складається із двох шарів – d(I) товщиною h = d, за якої відбувається фазовий перехід, і d(II) з нижньою межею h ≈10d, після якої починають проявлятися фізичні властивості кристала. Показано, що товщина поверхневого шару d(I) визначається одним фундаментальним параметром – молярним (атомним) об'ємом елемента  = М/ρ, де М – молярна маса (г/моль), ρ – густина (г/см3). Середньостатистична структурна одиниця вугілля відповідає вищим фулеренам із числом атомів вуглецю в кластері >100, що є унікальною особливістю вугільної речовини, яка являє собою не кристалічну структуру, а складний полімер з надмолекулярною структурою. Товщина поверхневого шару вугільної речовини на два порядки більша товщини чистих металів і близька до товщини поверхневого шару вищих фулеренів С96 (135 нм). Збільшення пористості вугільної речовини до 90 % призводить до збільшення товщини поверхневого шару d(I) на порядок, тобто до 2 мкм. У зв'язку із цим "уявна" зміна радіуса вугільної частинки означає зміну її маси, пропорційну виділенню метану з твердого розчину. Установлено залежність часу повного розпаду вуглеметану 0 від параметра |λ|. Отримано рівняння, у яке входить відношення потоку тепла, внесеного в пласт за рахунок внутрішнього процесу тепловиділення, до потоку тепла, який виноситься з пласта за рахунок теплопровідності. У разі якщо це відношення перевищить деяку критичну величину порядку одиниці, виникає тепловий вибух, що призводить до розпаду вуглеметану. Розмірні ефекти в шарі d(I) визначаються всім колективом атомів у системі (колективні процеси). Такі "квазікласичні" розмірні ефекти спостерігаються тільки в наночастинках і наноструктурах. Шар d(I) для вугільної речовини змінюється від 151,5 нм (Антрацит) до 214,2 нм (Бурий). Розмірна температура наночастинки вугілля при початковій температурі Т0 = 300 К дорівнюватиме не менше Tm = 872 K. Це відповідає частинкам порядку пів мікрона. Вугільні частинки з радіусом близько одного мікрона (або відміченого пів мікрона) у разі розкладання вугільної речовини прогріваються до температур, за яких можливе самозаймання наночастинок. Гігроскопічна волога в генетичному ряду кам'яного вугілля має певну закономірність зміни і корелює з товщиною їх поверхневого шару.
Keywords: вугільна речовина; поверхневий шар; кристалічна підкладка; фулерени; молярний об'єм; кластер; наноструктура; молекулярна маса