Получение и исследование материалов на основе углерода и азота

• Автор: Семенча, Александр Вячеславович
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 122 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1. Молекулярные СКГх соединения б

1.2. Кристаллический нитрид углерода С3Ы4

1.2. Методы синтеза углеродазотных соединений

1.2.1. Методы осаждения из газовой фазы

1.2.2. Методы, основанные на высоких давлениях

1.2.3. Пиролитические методы

1.3. Постановка задачи

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Характеристика исходных реагентов и материалов
2.1.1. Пиролиз тиоцианатов щелочных металлов
2.1.2. Синтез нитридов в замкнутом объеме
2.2. Методы исследования
2.2.1. Фурье ИКспектрометрия
2.2.2. Массспектрометрический метол
2.2.3. Рентгеноструктурный анализ
2.2.4. Электронная микроскопия
2.2.5. Количественный анализ на азот и углерод
3.РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПИРОЛИЗА
ТИОЦИАНАТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Формирование СК фрагментов при пиролизе тиоцианатов
3.2. Структура и особенности образования материала на основе углерода и азота, полученного в результате пиролиза тиоцианатов
З.3 Характеристика полученных нитридов углерода
3.3.1 Термодеструкция полученных нитридов на основе массспектрометрии МТА
3.3.2 Характеристика обнаруженных функциональных групп
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДА И АЗОТА В ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЕ
4.1. Исследование состава газовой фазы, образующейся
при термодеструкции в вакууме нитрида углерода, методом массспектрометрии
4.2. Инфракрасный анализ полученных структур
4.3. Влияние параметров процесса синтеза на содержание азота в полученных материалах
4.4. Модельная схема массспектрометрического исследования материала на основе углерода и азота
5. АПРОБАЦИЯ МЕТОДОВ И РЕЖИМОВ СИНТЕЗА НА НИТРИДАХ ИНДИЯ И ГАЛЛИЯ
5.1.Термодинамический анализ процессов получения нитридов
галлия и индия
5.2.Влияние галогена и параметров синтеза на выход конечного нитрида
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Разработка новых методов синтеза с заданным набором физических свойств это важная проблема химии, представляющая большой интерес и для физики, биологии геологии, медицины, а также различных технических наук. Одну из главенствующих ролей в этой области занимают материалы на основе углерода и азота в том числе полимеры, такие элементы как бор, алюминий, кремний, фосфор образуют с ними нитриды и карбонитриды, из которых получают ценные керамические материалы. При синтезе таких материалов имеют место принципиальные трудности, связанные с низкой термодинамической устойчивостью соединений с эр5 гибридизацией атомов углерода. Тем не менее, то, что это состояние не является термодинамически устойчивым, не налагает абсолютного запрета на поиск путей их получения. На настоящий момент двойных молекулярных соединений и полимерных материалов на основе углерода и азота открыто относительно немного. СЫхсоединений против С0. Для С соединений известно наличие множества функциональных групп, такие как циано , изоциано, азидоЫ3, диазо. Это относительно неустойчивые группы, исключение пожалуй составляет цианогруппа, которая склонна объединятся, образуя циклические соединения. На рис. Содержание азота в данных соединениях изменяется в широком интервале и достигает максимального значения в 4, и его тримере 3 Н. IV содержание азота составляет мас. Соединения Е и К принципиально можно представить в виде 34 п. Однако в этих соединениях присутствуют связи СС и их нельзя рассматривать как нитрид углерода. М.ммд
Рис. МССН параии. Рис. Полимеризация важных безводородных СЯ полимеров. Связи между двумя атомами углерода присутствуют в большинстве представленных соединений. Многие из них склонны к полимеризации рис. Полимеризацию тетрацианэтилена В исследовали в работе 3, авторы которой установили , что данный процесс протекает с образованием циано групп. Циан может быть полимеризован с использованием различных технических приемов, при этом продукт может образовывать различную структуру. Электрополимеризация приводит к формированию структуры, в которой циано группы связывают молекулы циана, образуя длинные цепи. Изоциан и дицианэтилен также склонны к полимеризации, однако свойства этих полимеров изучены крайне мало 4. При получение С структур зачастую образуются не конкретные химические соединения и полимеры, а происходит формирование углеродазотных пленок с графитоподобной структурой, в которой часть атомов углерода заменена атомами азота. Этот вывод подтверждается данными ЯМР 5. Отмечена возможность образования соединений состава 2 и 5, а также соединений в которых один атом азота приходится на три атома углерода. Возможность существования упомянутых графитоподобных азотсодержащих соединений известна достаточна давно. Они, например, могут быть получены пиролизом полиакрилонитрила, внедренного в мочевину. Интересные соображения высказаны в исследованиях б,7. При этом важно, что изгиб плоскости обусловлен включением в нее пятичленных циклов, т. Многие авторы ошибочно называют такие соединения также нитридом углерода. Хорошим примером может служить хорошо известнее соединение мелон С6П9Н3 . Благодаря малой атомной массе водорода, его весовая доля составляет лишь 1. Однако наличие водорода з продукте синтеза существенно сказывается на твердости, электрических и других сзойствах материала. Анализ многочисленных литературных экспериментальных и теоретических данных показал также наличие определенных успехов в тройной системе углеродкремнийазот. К настоящему времени в данной системе получен целый комплекс термодинамически стабильных соединений. Известные линии гипотетических равновесных фаз в системе кремнийуглеродазот приведены на рис. Рис.