Физические свойства углеродных наноматериалов и легированных синтетических монокристаллов алмаза

• Автор: Буга, Сергей Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 354 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

1.1.1.
1.1.1.
1.1.1.

1.1.1.3 1.1.2 1.1.2.

1.1.2.

1.1.5.

1.2.1. 1.2.2.

1.2.3.
1.2.4.

1.3.1.
1.3.2.
1.3.3.
1.3.3.1.
1.3.3.2.

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЯ УГЛЕРОДНЫХ
НАНОМАТЕРИАЛОВ И СИНТЕТИЧЕСКИХ МОНОКРИСТАЛЛОВ АЛМАЗА ДЛЯ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ.
Синтез, структура и основные свойства полимеризованных фуллеритов С6о и С70..
Кристаллические фазы С6о-
Ромбическая lD-полимеризованная фаза.
Ромбоэдрическая и тетрагональная 20-полимеризованные фазы.
ЗО-полимеризованные фазы Сбо-
Трансформация 20-полимеров Сво в ЗЭ-полимер под давлением.
Фазовые превращения тетрагонального 20-полимера С6о под давлением.
Фазовые превращения ромбоэдрического 20-полимера Сбо под
давлением.
Полимеризация С70 под давлением.
Разупорядоченные полимеры Сбо, С7о- Поликонденсация и коалесценция фуллеренов.
Электрические и оптические свойства фуллерена Сбо под давлением. 73 Углеродные и азот-углеродные наноструктуры
для полевых эмиттеров электронов.
Полевая эмиссия электронов из углеродных нанотрубок.
Влияние дефектов структуры УНТ на эмиссию электронов
Синтез и свойства углерод-азотных нанотрубок и нановолокон.
Углерод-азотные нанотрубки и нановолокна, полученные электротермическим испарением углерода при высоком давлении азота.
Синтетические монокристаллы алмазов, выращиваемые методом температурного градиента на затравке при высоком давлении и температуре.
Метод температурного градиента для выращивания монокристаллов при высоком давлении и температуре.
Химический состав синтетических монокристаллов алмаза.
Полупроводниковые светодиоды на основе монокристаллов алмазов. 101 Полупроводниковые светодиоды и лазеры.
P-n-переходы на основе синтетических монокристаллов алмазов
и их спектры электролюминесценции.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ УГЛЕРОДНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ И КОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕ.
2.1. Установка и методика исследований в сдвиговой алмазной камере высокого давления.
2.2. Теоретическая модель распределение давления твердом теле в алмазной камере высокого давления в условиях фазового перехода и пластического течения вещества
2.3. Метод исследования поверхности Ферми полуметаллов с помощью квантовых осцилляций акустоэлектронного тока.
2.3.1. Схема эксперимента.
2.3.2. Испытания разработанного метода.
2.4. Измерение скоростей звука, удельного веса полимеризованных фуллеритов и расчет модулей упругости.
2.5. Метод оценки соотношения л/Г и межатомных связей в углеродных материалах на основе рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.
ГЛАВА 3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 20- И ЗЭ-ПОЛИМЕРИЗОВАННЫХ ФУЛЛЕРЕНОВ С60 И С70 И ЭНДОФУЛЛЕРЕНА Ьа@С82.
3.1. Упрочнение фуллерена С6о в результате фазовых превращений под давлением в сдвиговой алмазной камере высокого давления.
3.2. Синтез псевдо-ЗО-полимера С60 из ромбоэдрического 20-полимера при давлении 13 ГПа и повышенной температуре.
3.3. Скорости звука, удельный вес и модули упругости полимеризованных фуллеритов Сбо, С70.
3.4. Спектры фотолюминесценции ЗО-полимеризованных фуллеритов Сбо-
3.5. Электрические свойства ЗБ-полимеризованных фуллеритов Сбо и С7о.
3.6. Тепловые свойства углеродных материалов получаемых из фуллеренов Сбо и С7о обработкой высоким давлением и температурой.
3.6.1. Термическое расширение, ангармонизм и кинетика деполимеризации Ш- и 2Б-полимеров Сбо-
3.6.2. Кинетика и энергия активации деполимеризации
3.6.3. Теплоемкость 2В - и ЗЭ -полимеров С6о, С70 с кристаллической и разупорядоченной структурой.
3.6.4. Обсуждение экспериментальных результатов.
3.7. Структура и магнитные свойства ЗО-полимеров эндофуллерена Ьа@С82.
3.8. Изготовление и исследование структуры, полимеризации и магнитных свойств слабогидрированных пленок фуллерена Сбо-

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРОВАНИЯ ФУЛЛЕРЕНОМ С60 НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СПЛАВОВ ВІ2Те3 И Bio.^Sb, ,.Те3.
4.1. Методика изготовления и структура образцов
4.2. Методика измерений электрических свойств
4.3. Зависимость электрических свойств наноструктурированных
термоэлектрических сплавов Bi2Te3 и Bio.sSb] 5Тс3 от концентрации примеси фуллерена Сбо-
4.4 Выводы к Главе 4.
ГЛАВА 5. АВТОЭМИССИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОЛЕВЫХ
КАТОДОВ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ИЗ УГЛЕРОД-АЗОТНЫХ
НАНОСТРУКТУР.
5.1. Изготовление углерод-азотных наноматериалов и исследование их
структуры.
5.2. Вакуумная диодная лампа с автоэмиссионным катодом на основе
углерод-азотных наноструктур и ее вольт-амперные характеристики.
5.3. Методика изготовления автокатодов из углерод-азотных нановолокон
на графитовой основе. ~
5.4. Вольт-амперные характеристик автоэмиссионных катодов из углерод-
азотных нановолокон на графитовой основе.
5.5. Выводы к Главе 5.
ГЛАВА 6. СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ СВЕРХТВЕРДЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ
АЛМАЗА И ФУЛЛЕРЕНА С60.
6.1. Приготовление образцов и методики измерений
6.2. Электрическая проводимость и микротвердость композитов
сверхпроводник-сверхтвердый материал.о
6.2.2 Система Qo-алмаз-ниобий
6.2.3 Система алмаз-молибден
6.2.4. Система алмаз-М§В2
6.2.5. Системы полимеризованный фуллерит C6o-MgB2.
6.2.6. Система алмаз-Ті34ИЬбб
6.2.7 Система алмаз-NtnSn.
6.3. Выводы к Главе 6.

повышении давления и температуры синтеза формируются новые углеродные наноструктуры, промежуточные между молекулярными ЗО-полимерами и алмазом, либо графитом, если давление не превышает 11 ГПа.
Рассмотрим более подробно структуры и некоторые физические свойства различных полимеризованных фаз Cfi0 и С7о, а также переходных углеродных наноструктур, образующихся при разрушении молекул фуллеренов при обработке высоким давлением и температурой.
1.1.1. Кристаллические фазы Сво-
1.1.1.1. Ромбическая lD-полимеризованная фаза.
Характерной особенностью этой фазы является нерастворимость в обычных растворителях, как например, толуол, в котором исходный Qo растворяется полностью. Это позволяет отделить полимеризованную фазу от исходного мономера в тех случаях, когда происходит неполное фазовое превращение. Как уже было сказано выше, это первая стадия полимеризации фуллерена С6о , получаемая как методом фотополимеризации, так и обработкой давлением в широком диапазоне температур.
Как видно из диаграммы на Рис. 1.4, ромбической полимер получается, когда Сб0 обрабатывается при умеренно-высоких температурах (320-600 К) при давлениях до нескольких ГПа. При атмосферном давлении, фотополимеризация наблюдается только из ГЦК фазы, в которой вращение молекул квази-свободно, а ориентационное упорядочение в низкотемпературной простой кубической фазе ("пентагональная" взаимная ориентация [4,39]) предотвращает формирование двойных связей между соседними молекулами и таким образом подавляет полимеризацию. Как отмечалось в работе [40] индуцированное давлением "гексагональное" ориентационное упорядочение исходного фуллерена при Р > 2 ГПа [41-44], приводит к формированию достаточно упорядоченного ромбического полимера при Т> 320 К [13, 40], в то время как полимеризация при меньших давлениях приводит к гораздо более неупорядоченной структуре материала поскольку квази-свободное вращение молекул позволяет сформировать ковалентные межмолекулярные связи в случайных направлениях. Такая разупорядоченная фаза низкого давления наблюдается в экспериментах. Рентгеновские исследования Иваса и др. [17], Башкин и др.[12] и