Ii-халықаралық Ғылыми конференцияның жинағЫ



жүктеу 5.01 Kb.
Pdf просмотр
бет30/45
Дата07.05.2017
өлшемі5.01 Kb.
1   ...   26   27   28   29   30   31   32   33   ...   45

 
 

205 
 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
1.  http://msd.com.ua//  
2.  http://ru.wikipedia.org/wiki; 
3.  http://mining.kz/ru/portfel/; 
4.  Электротехнические материалы Н.П Богородицкий, В.В. Пасынков и Б.М. Тареев. 
Ленинград  1977 год. 
 
 
 
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА УГЛЕСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ НА СТРУКТУРУ 
УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК  
 
А.Е. Туктибаев, А.Ы. Айтимишов, С.А. Малаев, Д.А. Ертаев  
Қ.И.Сəтпаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық университет, Алматы қаласы 
 
In this scientific article are described the researches of the receipt of carbon nanotubes of CVD by 
the method. The experimental works were conducted by besieging on silicic adding with the iron catalyst of 
mixture  of gases acetylene -  hydrogen –helium. Besides of the comparison of carbon nanotubes are given 
which are received by the different percent of correlations and speed of the serve of gases  
 
Введение.  В  настоящее  время  известно  множество  различных  нитевидных  углеродных 
наноструктур.  Они  могут  отличаться  по  длине,  диаметру,  количеству  слоёв,  наличию  внутренней 
полости,  перегородок  между  внутренними  стенками,  форме  поперечного  сечения,  форме  трубки 
(прямая, спиральная, кольцевидная), наличию частиц катализатора на окончаниях, в основаниях или 
внутри полости, степени ветвистости, расположению на подложке и т.д. Исследователи сходятся во 
мнении,  что  на  эти  параметры  влияют,  способ  получения  УНТ/УНВ,состав  и  структура 
катализатора,параметры  роста  (температура,  давление,  внешнее  электромагнитное  поле,  скорость 
прокачки реагентов и т.д.), источник углерода. 
Можно выделить две основные группы способов получения углеродных наноматериалов: 
-возгонка  графита  с  последующей  конденсацией  углерода  (электродуговой  синтез,  лазерно-
термический синтез, резистивное испарение, испарение электронным или ионным пучком); 
-разложение  углеродосодержащих  соединений  и  осаждение  углерода  на  подложке  с 
катализатором.  Первая  группа  способов  требует  высоких  температур (3000—4000 К),  что 
накладывает  ряд  ограничений  на  процесс  получения  углеродных  наноматериалов.  Широко 
используемые методы газофазного химического осаждения (ГФХО) и его модификации, не требуют 
столь  высоких  температур,  являются  более  гибкими  и  предоставляют  более  широкие  возможности 
для получения наноматериалов с различными характеристиками. 
Катализатор  играет  определяющую  роль  в  кинетике  образования  и  роста  углеродных 
нитевидных  структур  (при  фиксированных  параметрах  процесса).  От  выбора  катализатора  зависит 
активация  того  или  иного  механизма  роста,  скорость  образования  нанонитей,  морфология  и  состав 
получаемого  продукта.  Исследователи    уделяют    большое  внимание  выбору  и  подготовке 
катализатора.  Для  нужд  наноэлектроники  упорядоченные  УНТ/УНВ  выращивают  на  подложке  с 
наноструктурированным катализатором, нанесённым по определённой схеме или шаблону, зачастую 
осаждая  каталитические  частицы  в  поры  соответствующего  пористого  материала,  например, 
анодированного оксида алюминия [1—5]. В других случаях, где не требуется такой высокой степени 
упорядоченности  углеродных  наноструктур,  порошковый  катализатор  может  наноситься  на 
поверхность подложки, распыляться внутри реакционной камеры или просто помещаться в тигель. В 
любом случае, подготовка и введение катализатора остаётся самостоятельным этапом в технологии 
получения углеродных наноматериалов, требующим дополнительного времени и затрат[6]. 
В  настоящей  работе  представлены  результаты  исследований,  направленных  на  изучение 
влияния  состава  углеродсодержащих  газов  на  структуру    углеродных  нанотрубок,  которые  могут 
использоваться как добавки для модификации свойств полимеров, бетонов, металлов, композитов и 
других  материалов,  востребованных  в  промышленности.  Получение  углеродных  структур 
осуществлялось  методом  газофазного  осаждения  при  атмосферном  давлении c использованием 
специального катализатора нанесенного на кремниевую подложку. 

206 
 
Система осаждения из газовой фазы. В Казахском Национальном Техническом Университете 
имени  К.И.Сатпаева  создана  установка  для  выращивания  углеродных  нанотрубок,  нановолокон  и 
графена методом осаждения из газовой фазы.   
 
 
 
Рисунок 1. CVD-установка для выращивания углеродных наноматериалов. 
 
Установка представляет собой трехзонную печь с независимыми регуляторами температуры 
во  всех  трех  зонах,  имеет  контролеры  потока  газов,  систему  откачки  и  вакуумирования.  Для 
проведения  синтеза углеродных наноматериалов используются три  вида  газов:  ацетилен,  водород и 
гелий. Поток газов проходит через регуляторы, которые позволяют контролировать скорость подачи 
и состав подаваемых в рабочую зону улеродсодержащих газов, так же имеются вентили для ручного 
управления  потоками  газов.  При  попадании  в  рабочую  зону  установки,  углеродсодержащая  смесь 
газов  распадается  и  активизируется  благодаря  высокой  температуре  и  происходит  осаждение 
углерода  на  поверхность  подложки  с  нанесенным  катализатором.  Отработанный  газ  удаляется  из 
рабочей зоны через систему откачки и вакуумирования.  
Методика  получение  углеродных  нанотрубок.Метод  химического  осаждения  углеродных 
наноматериалов из газовой фазы состоит в том, что частицы дисперсного катализатора или же слой 
катализатора, осажденный на какой-либо пористой, волокнистой или плоской подложке, приводят в 
контакт  с  газом-источником  углерода,  в  качестве  которого  могут  быть  использованы  моноксид 
углерода,  углеводороды,  спирты,  амины,  и  другие  органические  вещества.  Процесс  проводят  в 
реакторе, в котором поддерживаются заданные условия, обеспечивающие получение того или иного 
углеродного  наноматерала.  Вещество-источник  углерода  разлагается  на  частицах  катализатора  на 
углерод  и  газообразные  продукты,  а  выделяющийся  углерод  кристаллизуется  в  виде  той  или  иной 
наноструктуры. 
В  данной  работе  экспериментальные  работы  проводились  осаждением  на  кремниевую 
подложку с железным катализатором смеси газов ацетилен-водород-гелий. Процентное соотношение 
и скорость подачи газов варьировались. Температура в реакционной зоне поддерживалось в пределах 
690 – 750
0
С.  
 
 
 
Рис. 2. Под оптическим микроскопом. 

207 
 
Ниже  приведены  микрофотографии  углеродных  нанотрубок  полученных  при  помощи 
растрового  электронного  микроскопа  в  ЛИП  КазНТУ  имени  К.И.Сатпаева.На  рисунках  3а  и  3б 
показаны  микрофотографии  углеродных  нанотрубок  полученных  при 690
0
С,  в  соотношении 
ацетилена  к  другим  газам 2,6%. На  фотографии  явно  видно,  что  выращенное  УНТ  имеет  очень 
тонкую  и  плотную  структуру,  данный  вид  УНТ  можно  использовать  для  получения 
нанокомпозитных материалов с малыми добавками УНТ. Практически доказано, что даже сотые доли 
процента  УНТ,  добавленные  в  нанокомпозитный  материал    играют  важную  роль  в  механических 
характеристиках полученных материалов. [6] 
 
 
а)                                                  б) 
Рис.3 электронно микроскопическая снимки углеродных нанотрубок при содержани ацетелена 2,6%. 
 
На рисунках 4а,б,в показаны микрофотографии УНТ полученных при соотношении ацетилена 
к  другим  газам 3,1%. Углеродные  нанотрубки  полученные  в  данном  диапазоне  условии  обладают 
менее плотной структурой и более высокие чем при соотношении ацетилена менее 3%. Полученные 
УНТ обладают способностью к вытягиванию в полосы, что характерно для углеродных нанотрубок с 
менее  плотной  связью  между  трубками.  Их  используют  для  получения  нитей,  волокон  и  полос, 
которые  применяются  в  широком  диапазоне  научно-исследовательской  деятельности.  В  нашей 
лаборатории,  вытянутые  полосы  нанотрубок  применяют  при  изготовлении  солнечных  ячеек  на 
основе  органических  и  полимерных  материалов,  что  является  новым  направлением  в  развитии 
«Зеленой энергетики».  
 
 
а)                                         б)                                            в) 
 
Рис.4 электронно микроскопическая снимки углеродных нанотрубок при содержани ацетелена 3,1%. 
 
На  рисунках  5а,б    представлены  микрофотографии  УНТ  выращенных  при  соотношении 
ацетилена  к  водороду  и  гелию 3,6%. Как  видно  из  фотографии, «лес»  углеродных  нанотрубок 
высокий  и  очень  плотный,  имеет  низкую  способность  к  вытягиванию  в  полосы.  Но  благодаря 
высокому росту трубок данный вид нанотрубок используется нашими докторантами и магистрантами 
для  получения  нанокомпозитных  материалов.  Данные  нанотрубки  смешиваются  с  алюминиевым 
порошком  и  полученный  композит  имеет  более  высокие  показатели  механических  свойств  по 
отношению к исходному материалу.  

208 
 
 
а)                                                 б) 
Рис.5 "Лес" углеродных нанотрубокпри содержани ацетелена 3,6%. 
 
Заключение. В результате выполненной работы были синтезированы углеродные нанотрубка, 
которые  располагаются  в  матрице  кремния  с  тонким  слоем  железа.  Подтверждена  возможность 
изменения  плотности  расположения  углеродных  нанотрубок  на  поверхности  матрицы  путем 
введения в рабочую зону углеродсодержащих газов разной концентрации. Процентное соотношение 
углеродсодержащего  газа  играет  очень  важную  роль  в  формировании  углеродных  нанотрубок.  Чем 
выше процентное содержание данного газа, тем плотнее и выше рост нанотрубок. В то же время, при 
минимальном  содержании  углеродсодержащего  газа,  плотность  так  же  высокая,  но  высота 
нанотрубок очень низкая.  
Для    выращивания  определенного  вида  нанотрубок  нужно  использовать  розличные 
концентрациирабочих  газов  и  рабочей  температуры.  Даже  малейшее  отклонение  одного  из 
параметров условии роста ведет к изменению структуры получаемого материала. 
 
ЛИТЕРАТУРА 
1.  Шляхова Е.В., Окотруб А.В., Юданов Н.Ф., Булушева Л.Г. Синтез углеродных нанотруб с 
использованием Fe, Co и Ni катализаторов // II Всероссийская  конференция  по  наноматериалам 
«НАНО – 2007». Тез. докл. – Новосибирск, 2007. – С. 89.  
2.  Potoinduced Optical Transparency in an Iodide/Triiodide Based Redox Couple in Dye Sensitized 
Solar Cells Using Few
Layer Graphene Nanoribbons, J. A. Velten, J. Carretero-González,A Zakhidov, 
JACS (submitted), 2011 
3.  ShlyakhovaE., FlahautE., OkotrubA., YudanovN., BulushevaL. Investi-
gationofcarbonnanotubesobtainedbyCVDmethodusingcatalystpre-paredbythetartratesroute // 5-
йдвустороннийрусско-французскийсеминарпонанонаукаминанотехнологиям.  Тез.  докл. – Москва, 
2008. – С. 56  
4.  Шляхова Е.В., Окотруб А.В., Юданов Н.Ф., Булушева Л.Г. Способ получения углеродных 
нанотруб // Положительное  решение  по  заявке  на  Патент  РФ  № 2009100732 / 15 (00833) от 
11.01.2009.  
5.  C.P. Huynh, S.C. Hawkins, Understanding the synthesis of directly spinnable carbon nanotube 
forests, Carbon 48 (2010), pp. 1105-15 
6.  X. Lepro, M.D. Lima, R.H. Baughman, Spinnable carbon nanotube forests grown on thin,flexible 
metallic substrates, Carbon 48 (2010), pp. 3621-7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

209 
 
ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ ЗАРЯЖЕНЫМИ ЧАСТИЦАМИ НА  СТРУКТУРУ И 
СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКОГО ЦЕРАТА БАРИЯ 
 
Т. Т. Тусеев

, Ю.В. Ермолаев

, Сеитов А.С

, В.Н. Ермолаев

,  
И.В. Хромушин
2
,Т. И. Аксенова
2
, К.К. Мунасбаева
2
 

Казахский Национальный Технический Университет, г.Алматы, Казахстан 
2
Институт Ядерной Физики РК, Алматы,ул.Ибрагимова,1, Казахстанtaksenova.kz@mail.ru 
 
The intermediate results on the effect of heavy ions irradiation on the structure and properties of the 
doped barium cerate are presented. The mechanisms of barium cerate structure and surface state evolution 
depending on the type of ions and their energies are established. It is suggested that the high-energy heavy 
ions are able to change the properties of cerates to the distances exceeding the ions path length in many times 
in these materials.  
 
В последнее время в ряде работ высказываются предложения повышения эффективности уже 
известных  материалов  электродов  ЭХГ  путем  их  модифицирования.  Так,  в  работе [1] предлагается 
осуществлять не катионное, а анионное допирование перовскитоподобных электролитов и частично 
замещать кислород фтором, что, по мнению авторов, приведет к изменению динамики кислородной 
подрешетки  и  увеличит  подвижность  протонов.  На  основе  экспериментальных  результатов, 
полученных авторами данной работы [2], а также японскими исследователями [3,4], было высказано 
предположение о возможности модификации протон-проводящих свойств перовскитных материалов 
АВО
3
 посредством радиационного воздействия. Ожидается, что под действием облучения возможно 
частичное восстановление катиона в В-узлах решетки от В
4+
 до В
3+
. Процесс восстановления является 
следствием образования радиационных дефектов, а именно, кислородных вакансий. Такое изменение 
валентности собственного катиона - «хозяина» должно исключить отрицательный вклад примесного 
иона-допанта в искажения решетки оксида и, по всей видимости,  улучшить его проводящие свойства 
и стабильность. В данной работе представлены результаты исследования влияния облучения ионами 
кислорода, неона, аргона и криптона различных энергий на структуру и свойства церата бария BaCe
1-
х
Nd
х
O
3-х/2
, допированного неодимом (х=0.15). 
Образцы керамического церата бария в виде пластинок размером 10х5х1 мм предварительно 
отжигали на воздухе при температуре 650
о
С в течение 7 часов.  
Рентгенофазовый анализ керамики был выполнен на дифрактометре X’PertPRO. Морфология 
и химический состав локальных фрагментов заданных участков поверхности изучены с применением 
сканирующей  зондовой  микроскопии (NT-MDT) и  растрового  электронного  микроскопа – 
микроанализатора JEOL JSM-6490. Исследование  форм  локализации  протонов,  кислорода  и 
углеродных  примесей  в  церате  бария    выполнено  методами  термодесорбционной  (радиочастотный 
спектрометр МХ-7304) и инфракрасной спектроскопии (ИК Фурье-спектрометр IA-Prestije – 21). 
Облучение  тяжелыми  ионами  проводили  на  ускорителе  ДС-60  Института  ядерной  физики  
Республики Казахстан. В таблице 1 приведены характеристики облучения, а также пробеги ионов и 
повреждаемость, рассчитанные с использованием программы SRIM – 2013 [5]. 
 
Таблица 1  Энергия ионов и расчетные значения пробегов  и повреждаемости 
 
Высокие энергии 
 
Низкие энергии 
Тип 
иона 
Энергия 
ионов, 
[МэВ] 
Пробег, 
[мкм] 
Вакансий/ион 
Тип 
иона 
Энергия 
ионов, 
[кэВ] 
Пробег, 
[мкм] 
Вакансий/ион 
Ne 35 12.7  2700  Ne 40 0.065  320 
Ar 70 13.2  8100  Ar 
100 
0.080  800 
Kr 147 15.3  31000  Kr 260 
0.108  2500 
 
Результаты и обсуждение 
Рентгенофазовый  анализ  исходных  образцов BaCe
0.85
Nd
0.15
O
3-δ
,  отожженных  на  воздухе  при 
650
о
С  показал,  что  их  структура  соответствует  перовскитной  структуре BaCeO
3
.  Облучения  церата 
низкоэнергетичными  ионами  неона,  аргона  и  криптона  до  доз 10
16
  см
-2
  не  привело  к  заметным 
изменениям  структуры.  Облучение  церата  ионами  высоких  энергий  приводит  к  частичной 

210 
 
аморфизац
перовскитн
ионами  вы
Nd
2
O
3
, Ce
7
O
Эле
поверхност
Зам
морфологи
энергий  и
наблюдалс
всех  случа
(рисунок 2)
В  с
структурны
Ne, Ar, Kr 
капусты), о
a
 
b
 
Рис. 2   Эл
МэВ
Изв
кристалла 
может  слу
аргона, при
ии  облучен
ную  структу
ысоких  энерг
O
12
, Ce
11
O
20
ектронно-ми
ть  необлуче
мечено,  что 
ии  поверхно
онов.  Так, 
я блистерин
аях  облучен
). 
случае  облу
ые изменени
поверхност
образование
лектронно-ми
В); c, d – обл
вестно,  что
и  последую
ужить  элект
иведенный н
нной  поверх
уру.  Наряд
гий,  появля
, CeO
2
, Nd
2
O
икроскопиче
енной  керам
облучение
ости  матери
после  обл
нг, тогда как
ние  приводи
учения  цера
ия поверхно
ь церата нап
е сферолито
 
 
икроскопичес
лученный Ar
+
о  образова
ющим  разр
тронно-микр
на рисунке  
хности  мате
у  с  этим  з
яются  рефле
O
2
(O
2
), Nd(O
еские  иссл
мики  предст
цвета  со
обусловл
церия,  о
как пока
Ри
е  керамики 
иала,  приче
лучения  ио
к после обл
ило  к  увели
атов  бария 
ости материа
поминает ст
вой корки [6
c
 
d
ские снимки п
+
 (Е=100 кэВ,
ние  сферо
растанием  п
роскопическ
3. 
ериала,  в  то
замечено,  чт
ексы,  которы
OH)
3
.  
ледования 
тавляет  собо
о  светлыми 
ленной,  по
образованны
азано на рис
с. 1 Электрон
тяжелыми 
ем  характер
нами Ne н
лучения ион
ичению  дол
ионами  вы
ала. Так,  пр
тадии роста
6].    
поверхности 
 70 МэВ); e,f
 
олитов,  как
по  радиальн
кий    снимо
о  время  как 
то  в  дифра
ые  могут  со
поверхност
ой  чередова
участками,
о-видимому
ыми  в  проце
сунке 1. 
нно-микроско
необлученно
ионами  вы
р  этих  изме
низких  энер
ами Ar и Kr
ли  поверхно
ысоких  энер
ри облучени
а сферолитов
 
 
церата бария
f - облученны
к  правило, 
ным  направ
ок  поверхно
необлучен
актограммах
оответствов
и  церата 
ание  сплош
,  состоящим
,  гидроокс
ессе  отжига
опический сн
ого церата ба
ызывает  сущ
енений  такж
ргий  на  по
r блистерин
ости  образц
ргий  наблюд
ии ионами в
в – зарожде
e
f
я: а,b- облуче
ый Kr
+
  (Е=26
сопровож
влениям.  П
ости  церата
ная  сторона
х  церата,  о
ать  соедине
бария  пок
шных  участк
ми  из  рыхл
идами    ба
а  керамики 
нимок поверх
ария 
щественное 
же  зависит 
оверхности 
нга не наблю
ца,  покрыто
даются    тве
высоких эне
ение, рост (в
енный Ne
+
 (Е
0 кэВ, 147 М
ждается  рас
Подтвержден
,  облученно
а  сохраняет
облученного
ениям  типа:
казали,  что
ков  темного
ой  крошки,
ария  и/или
на  воздухе
хности 
изменение
от  типа  и
материала
юдалось. Во
ой  крошкой
ердофазные
ргий в ряду
вид цветной
Е=40кэВ, 35 
МэВ). 
сщеплением
нием  этому
ого  ионами
т 
о 

о 
о 

и 
е 
е 
и 
а 
о 
й  
е 
у 
й 
м 
у 
и 

 
 
Рис. 4  А
Изу
облученны
термодесор
 
 
Рис.  5   С
 
Ока
материалов
молекулярн
Кол
содержани
температур
много  раз 
десорбции 
расстояний
наблюдалс
его выхода
 
АСМ снимки 
учены проце
ых  ионами 
рбции молек

Спектры выде
ио
азалось,  что
в.  Так,  обл
ного кислор
личество  де
ем  подвиж
рной област
меньше  то
кислорода 
й,  во  много
я рост коли
а в сторону н
0
2
4
6
8
10
12
14
16
dn
/d
t,
 ar
b
. un
it
поверхности
ессы термод
высоких  э
кул кислоро
еления О
2
 (а) 
онами Ar
+
 до
о  облучени
лучение  при
рода. 
есорбирован
ных  ионов 
ти. Принима
олщины  ис
и  воды  мо
о  раз  превы
ичества десо
низких темп
0
200
400
0
2
4
6
8
0
2
4
6
Temp
силово
На  рис
поверх
керами
выявил
облуче
образц
Рис.
и церата бари
десорбции м
нергий.  В 
ода и воды и
и Н
2
О (b) из 
зой 10
15
 см-2
ие  существе
иводило  к 
нных  молек
кислорода
ая во вниман
сследуемого
огут  быть  о
ышающих  пр
орбированно
ператур (рис
600
800
10
peratura, 
o
C
1
2
3
Состояние 
ой  микроско
сунке 4 в  ка
хности церат
Анализ  эл
ики, облучен
л  увеличен
енной сторо
ом.  
 
3 Электронн
бария, о
 
ия, облученно
 
молекул кисл
качестве  п
из церата бар

церата бария
2; 3 - после об
енно  повли
росту  вых
кул  воды  и
а  и  гидрокс
ние, что про
о  образца  (
объяснены  т
робеги  ион
ого диоксид
сунок 6). 
000
0
2
4
6
8
10

жүктеу 5.01 Kb.

Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   26   27   28   29   30   31   32   33   ...   45




©emirb.org 2020
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет