Электрическая проводимость спиртовых суспензий углеродных нановолокон

Ж.Н.Торба¹, инженер, Ю.В.Панин², ведущий научный сотрудник

1Оао «Корпорация нпо «риф»

2Воронежский государственный технический университет

Высокие электрические характеристики углеродных нановолокон делает их весьма перспективным материалом для модификации свойств термоэлектриков. Однако, вследствие сильных ванн-дер-ваальсовых взаимодействий углеродные нановолокна склонны к образованию агломератов и сложных кластеров уже на этапе их получения [1]. В связи с этим реализация высоких электрических характеристик углеродных нановолокон в составе термоэлектрических материалов возможна только при условии высокой степени дисперсности и однородности их распределения в термоэлектрической матрице.

Электрическая проводимость суспензий углеродных волокон в этиловом спирте () в зависимости от времени измельчения (t) при концентрациях 1 - 2,3 об. %, 2 - 3,78 об. %. 3 – 5,2 об. %.

В работе изучена возможность измельчения углеродных нановолокон путём обработки их в высокоэнергетичной планетарной мельнице АГО-3 в керамических барабанах керамическими шарами диаметром 7 мм. Исследовалась эффективность измельчения углеродных волокон в этиловом спирте объёмом 150 мл в зависимости от концентрации углеродных волокон и времени обработки. Концентрация углеродных волокон в этиловом спирте составляла 2,3 об. %, 3,78 об. % и 5,2 об. %. Масса керамических шаров во всех экспериментах составляла 200 г. Эффективность измельчения оценивалась путём измерения электропроводности получаемых суспензий кондуктометром серии PWT производства «HANNA Instruments». В итоге путём измерения электрической проводимости получаемых суспензий определяли порог перколяции в зависимости от концентрации углеродных волокон и времени приготовления суспензий. Результаты испытаний представлены на рисунке. Приведенные результаты испытаний показывают, что при увеличении концентрации нановолокон в суспензии и времени измельчения наблюдается рост электрической проводимости. При этом при всех концентрациях нановолокон порог электрической перколяции наблюдается через 100 мин обработки. Дальнейшее увеличение времени обработки не приводит к росту электрической проводимости суспензий, т. е. степень дисперсности углеродных нанотрубок не возрастает.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 11-08-00855-а)

Литература

1. Zhixin Y., De C., Berd T., Tiejun Z., Yingehun D., Weikang Y., Anders H. Catalytic engineering of carbon nanotube production // Applie Catalysts A: General, 279:223. 2005.

УДК 533.92:537.312

Влияние воздушной плазмы на электрические свойства гранулированных нанокомпозитов Nix(MgO)100-X.

А.А. Гребенников, инженер, М.С. Филатов, студент гр. ТФ-081, О.В. Стогней

Кафедра физики твердого тела

Исследовано взаимодействие гранулированных нанокомпозитов Ni_x(MgO)_100-x с воздушной плазмой. Образцы Ni_x(MgO)_100-x получены методом ионно-лучевого распыления составных мишеней в атмосфере аргона и последующего осаждения компонент на ситалловые подложки. Толщина пленок составляла 4-6 мкм. Химический состав образцов был определен рентгеновским электронно-зондовым микроанализом.

Взаимодействие композитов с плазмой оценивалось по изменению их электрических свойств. Ранее было показано [1], что воздействие на композиты ВЧ плазмы приводит к их разогреву до 400 ^оС и, как следствие, инициированию процессов структурной релаксации, существенно влияющих на электрические свойства образцов. С целью исключить протекание процессов релаксации при взаимодействия композитов с плазмой образцы предварительно отжигались в вакууме при температуре 500 ^оС. Для количественной оценки изменения электрических свойств композитов в результате их взаимодействия с плазмой использовалась модель неупругого резонансного туннелирования [2], позволяющая рассчитать среднее число локализованных состояний (<n>), по которым электроны туннелируют между гранулами.

Концентрационные зависимости среднего числа локализованных состояний, полученные до (●) и после (○) взаимодействия образцов с воздушной плазмой, после повторного отжига в вакууме (◊)

Установлено, что в результате взаимодействия с воздушной плазмой <n> практически для всех образцов возрастает (рисунок). Предположительно это связано с внедрением ионов азота в объем композитов. Проникая в материал, ионы азота взаимодействуют с гранулами никеля, образуя на их поверхности зародыши фазы Ni₃N. По всей видимости, это приводит к появлению дополнительных локализованных состояний на интерфейсе металл-диэлектрик, участвующих в электропереносе.

В результате последующего отжига образцов выдержанных в плазме в вакууме при 500 ^оС происходит разложение соединения Ni₃N с образованием фазы чистого Ni. При этом на границах зерен могут возникать газонаполненные поры, аналогично наблюдаемому в нанокристаллическом никеле [3], что приводит к росту дефектности структуры и, как следствие, увеличению <n> (рисунок).

Литература

1. Трегубов И.М., Стогней О.В. и др. Термический нагрев тонкопленочных композитов металл- диэлектрик в водородной плазме // Вестник ВГТУ. – 2010. – Т.6. - №3. – С.10-13.

2. Л.В.Луцев, Ю.Е.Калинин, А.В.Ситников, О.В.Стогней Электронный транспорт в магнитном поле в гранулированных пленках аморфной двуокиси кремния с ферромагнитными наночастицами // ФТТ.-2002.-Т.44, вып.10.-С.1802-1810.

3. Неклюдов И.М. и др. Структурные превращения в никеле при имплантации ионов N⁺ и после имплантационных отжигах // ВАНТ. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15).- 2006.-№1.-С.3-14.

УДК 537.226:537.312.6