Аннотация доклада проф. Окотруба А.В. и к.х.н. Кузнецова В.Л. на Совете 11.12.08

СИНТЕЗ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ НАНОКОМПОЗИТОВ С КОМПЛЕКСОМ ЗАДАННЫХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Ф.А. Кузнецов¹, А.В. Окотруб¹, М.Л. Косинова¹, Л.Г. Булушева¹, Н.И. Файнер¹,

В.Л. Кузнецов², В.Г. Кесслер³

¹Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН,

²Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН,

³Институт физики полупроводников СО РАН

Настоящая работа посвящена исследованию многофазные наносистем, в которых в тесное взаимодействие приведены разнородные вещества. В таких нанокомпозитах многие физические и физико-химические свойства определяются особенностями границ раздела разных фаз. Основой изучаемых в настоящей работе систем является углерод и некоторые углеродсодержащие соединения: карбид кремния, карбонитриды кремния и бора. Эти материалы в форме наноалмаза, нанографита, сажи и других модифицированных форм включены в перечень перспективных материалов для современной техники. На границах раздела фаз в рассматриваемых нанокомпозитах возникают новые электронные состояния, меняется характер химических связей, что приводит к изменению фундаментальных свойств вещества, в том числе электрических и оптических и других параметров материала. Целью проекта являлось исследование зависимости физико-химических свойств и функциональных характеристик углеродсодержащих нанокомпозитов от микроструктуры, химического состава, размера и формы нанокомпозита. Для получения слоев ориентированных УНТ с заданными свойствами нужно четко контролировать ряд параметров, таких как температура, скорость газового потока, частоту и длительность впрыска реакционной смеси, время синтеза. Даже незначительное изменение одного из перечисленных параметров может повлиять на структуру и свойства получаемого материала. Проведено систематическое исследование влияния вышеперечисленных параметров, а так же природы углеродсодержащего соединения и концентрации катализатора в реакционной смеси на структурные параметры массивов УНТ, сформировавшихся на поверхности подложки. Предложен механизм формирования нанотруб на плоской подложке (рис. 1). Разработана методика эпитаксиального осаждения слоя дисульфидов металлов на поверхности углеродных наночастиц. На рис. 2 приведены типичные микрофотографии нанокомпозита MoS₂/MWNT. ПЭМ изображение углеродной нанотрубы, полученное с высоким разрешением, представлено на рис. 2(b). Внутренняя часть нанотрубы состоит из 23 графитовых слоев, расстояние между которыми ~3.4 Å. MoS₂ покрытие образуется по всей длине трубы и состоит из 2 слоёв. Проведены квантово-химические расчеты электронной структуры нанокомпозита. Обнаружено, что при более высокой температуре отжига на поверхности углеродного материала могут быть получены слои Mo₂S₃. Разработаны методики осаждения на углеродные нанотрубы слоев пиролитического углерода и карбонитртида бора.

Проведены исследование и оптимизация процессов синтеза углерода луковичной структуры (УЛС) из наноалмаза (НА) путем его термического отжига в вакууме. Объектом исследования являлись образцы взрывных НА и полученные из них образцы углероУЛС, базовым элементом которого являются вложенные друг в друга замкнутые графеновые (фуллереноподобные) оболочки – нанолуковицы, содержащие, в зависимости от условий синтеза, различное количество дефектов. Основным результатом работы является разработка новых материалов, поглощающих электромагнитное излучение в широком диапазоне длин волн, на основе УЛС и композитов на его основе.

Отработана методика синтеза и проведены исследования электрофизических свойств пленок карбонитридов кремния и бора, выращенных методом PECVD, с использованием летучих веществ-предшественников: кремнийорганических (ГМДС и ГМЦТС) и борорганических (TEAB и ТМВ) соединений. Установлена зависимость величины диэлектрической проницаемости, удельного сопротивления и напряжения электрического пробоя от температуры синтеза, мощности плазмы и состава газовой фазы. пленками карбонитрида кремния и карбонитрида бора, получаемыми методом плазменного осаждения при низких температурах (рис. 3). Проведены поисковые исследования по формированию границы раздела бескислородный диэлектрик – A³B⁵ на примере SiC_xN_y  (BC_xN_y ) – InAs(111).

                                          Рис. 1. Схема формирования слоев УНТ на кремниевой подложке.

Рис. 2. ПЭМ изображения образцов углеродных наночастиц, полученных электродуговым методом, с осажденными слоями MoS₂ и модель структуры, на которой проводилась квантово-химическая оптимизация геометрии нанокомпозита.