mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2013-3-39-42mateltech-69Research ArticleМоделирование процессов и материаловMODELING OF PROCESSES AND MATERIALSМОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛА, ПОЛУЧЕННОГО ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИК−НАГРЕВАTHE SIMULATION OF CARBON MATERIAL STRUCTURE BASED ON POLYACRYLONITRILE OBTAINED UNDER IR HEATINGКожитовЛ. В.KozhitovL. V.

доктор техн. наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», 119049, г. Москва, Ленинский просп., д. 4.

ВьетНгуен ХонгV’etN. Ch.

аспирант, ФГАОУ ВПО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», 119049, г. Москва, Ленинский просп., д. 4

КостиковаА. В.KostikovaA. V.

аспирант, ФГАОУ ВПО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», 119049, г. Москва, Ленинский просп., д. 4, e−mail: kostikova89@mail.ru.

kostikova89@mail.ruЗапороцковаИ. В.ZaporotskovaI. V.

доктор физ.−мат. наук, профессор, зав. кафедрой судебной экспертизы и физического материаловедения, Волгоградский государственный университет, 400062, г. Волгоград, Университетский просп., д. 100.

КозловВ. В.KozlovV. V.

Институт нефтехимического синтеза РАН, 117912, Москва, Ленинский просп., д. 29

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology «MISIS»Russian FederationВолгоградский государственный университетРоссияVolgograd State UniversityRussian FederationИнститут нефтехимического синтеза РАНРоссияInstitute for Petrochemical Synthesis, Russian Academy of SciencesRussian Federation201315032015033942Copyright © Кожитов Л.В., Вьет Н.Х., Костикова А.В., Запороцкова И.В., Козлов В.В., 20152015Кожитов Л.В., Вьет Н.Х., Костикова А.В., Запороцкова И.В., Козлов В.В.Kozhitov L.V., V’et N.C., Kostikova A.V., Zaporotskova I.V., Kozlov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/69

Впервые с использованием полуэмпирической квантово−химической расчетной схемы MNDO для структуры углеродного материала (УМ) на основе термообработанного полиакрилонитрила (ПАН) установлено,что увеличение содержания азота от 14 до 18 атомов в монослоях УМ C46N14H10, C44N16H12, C42N18H14 и водорода от 12 до 22 атомов в монослоях УМ C44N16H12, C44N16H22 приводит к уменьшению энергии связи, увеличению разности между максимальными и минимальными значениями длины связи, валентного угла и локального заряда, а также способствует искривлению структуры УМ. Результаты квантово−химического моделирования подтверждены с помощью данных элементного анализа образцов УМ и нанокомпозита FeNi3/C. Рост температуры ИК−нагрева от 30 до 500 °С способствует снижению концентрацииазота и водорода в УМ и нанокомпозите FeNi3/C.

We have for the first time determined using the MNDO semiempirical quantum chemical model for a carbon material (CM) structure based on heat treated polyacrylonitrile (PAN) that an increase in the N content from 14 to 18 atoms in CM monoatomic layers C46N14H10, C44N16H12, and C42N18H14 and in the H content from 12 to 22 atoms in CM monoatomic layers C44N16H12 and C44N16H22 leads to a decrease in the binding energy (EB) from 7,40 and 7,12 to 6,88 and 6,25 eV, respectively, and to an increase in the difference between the maximum and minimum bond length (∆l), between the maximum and minimum valence angle (∆θ), and between the maximum and minimum local charge (∆q) from 0,176 Е, 12,0°, and 0,487 to 0,238 Е, 20,8°, and 0,613, respectively, and promotes curving of the CM structure. Quantum chemical simulation results are confirmed by the element analysis of the CM specimens and FeNi3/C nanocomposite. When the IR heating temperature was increased from 30 to 500 °С, the concentrations of N (СN) and H (СH) in the CM and in the FeNi3/C nano-composite decreased from 27 to 18 and 10 wt. % and from 6 to 1 and 0.5 wt. %, respectively.

полиакрилонитрилмоделированиеструктуранагревазотуглеродpolyacrylonitrilesimulationstructureheatingnitrogencarbonReferencesKozhitov, L. V. Tehnologiya materialov mikro− i nanoelektroniki / L. V. Kozhitov, V. G. Kosushkin, V. V. Krapuhin, Yu. N. Parhomenko. − M. : MISiS, 2007. − 544 p.Kozhitov, L. V. Tehnologiya materialov mikro− i nanoelektroniki / L. V. Kozhitov, V. G. Kosushkin, V. V. Krapuhin, Yu. N. Parhomenko. − M. : MISiS, 2007. − 544 p.Tehnologiya materialov mikro− i nanoelektroniki / L. V. Kozhitov, S. G. Emel'yanov, V. G. Kosushkin, S. S. Strel'chenko, Yu. N. Parhomenko, V. V. Kozlov. − Kursk : Yugo−Zap. gos. un−t, 2012. − 862 p.Tehnologiya materialov mikro− i nanoelektroniki / L. V. Kozhitov, S. G. Emel'yanov, V. G. Kosushkin, S. S. Strel'chenko, Yu. N. Parhomenko, V. V. Kozlov. − Kursk : Yugo−Zap. gos. un−t, 2012. − 862 p.Kozhitov, L.V. The FeNi3/C nanocomposite formation from the composite of Fe and Ni salts and polyacrylonitrile under IR−heating / L. V. Kozhitov, A. V. Kostikova, V. V. Kozlov, M. F. Bulatov // J. Nanoelectron. Optoelectron. − 2012. − N 7. − P. 419—422.Kozhitov, L.V. The FeNi3/C nanocomposite formation from the composite of Fe and Ni salts and polyacrylonitrile under IR−heating / L. V. Kozhitov, A. V. Kostikova, V. V. Kozlov, M. F. Bulatov // J. Nanoelectron. Optoelectron. − 2012. − N 7. − P. 419—422.Sun, S. Size−controlled synthesis of magnetite nanoparticles / S. Sun, H. Zeng, J. Am // Chem. Soc. − 2002. − N 124. − P. 124—128.Sun, S. Size−controlled synthesis of magnetite nanoparticles / S. Sun, H. Zeng, J. Am // Chem. Soc. − 2002. − N 124. − P. 124—128.Kozhitov, L. V. Novye metallouglerodnye nanokompozity i uglerodnyi nanokristallicheskii material s perspektivnymi svoistvami dlya razvitiya elektroniki / L. V. Kozhitov, V. V. Kozlov, A. V. Kostikova // Izvestiya vuzov. Materialy elektron. tehniki. − 2012. − N 3. − S. 60—68.Kozhitov, L. V. Novye metallouglerodnye nanokompozity i uglerodnyi nanokristallicheskii material s perspektivnymi svoistvami dlya razvitiya elektroniki / L. V. Kozhitov, V. V. Kozlov, A. V. Kostikova // Izvestiya vuzov. Materialy elektron. tehniki. − 2012. − N 3. − S. 60—68.Kozlov, V. V. Protonnaya provodimost’ uglerodnyh nanostruktur na osnove pirolizovannogo poliakrilonitrila i ee prakticheskoe primenenie / V. V. Kozlov, L. V. Kozhitov, V. V. Krapuhin, I. V. Zaporockova, O. A. Davletova, D. G. Muratov // Izvestiya vuzov. Materialy elektron. tehniki. − 2008. − N 1. − C. 59—64.Kozlov, V. V. Protonnaya provodimost’ uglerodnyh nanostruktur na osnove pirolizovannogo poliakrilonitrila i ee prakticheskoe primenenie / V. V. Kozlov, L. V. Kozhitov, V. V. Krapuhin, I. V. Zaporockova, O. A. Davletova, D. G. Muratov // Izvestiya vuzov. Materialy elektron. tehniki. − 2008. − N 1. − C. 59—64.Bac, L. N. Synthesis and characteristic of FeNi3 intermetallic compound obtained by electrical explosion of wire / L. N. Bac, Y. S. Kwon, J. S. Kim // Mater. Res. Bull. − 2009. − V. 45. − P. 352—354.Bac, L. N. Synthesis and characteristic of FeNi3 intermetallic compound obtained by electrical explosion of wire / L. N. Bac, Y. S. Kwon, J. S. Kim // Mater. Res. Bull. − 2009. − V. 45. − P. 352—354.Xuegang, Lu. Synthesis and characterization of magnetic FeNi3 particles obtained by hydrazine reduction in aqueous solution / Xuegang Lu, Gongying Liang, Yumei Zhang // Mater. Sci. and Eng. B. − 2007. − V. 139. − P. 124—127.Xuegang, Lu. Synthesis and characterization of magnetic FeNi3 particles obtained by hydrazine reduction in aqueous solution / Xuegang Lu, Gongying Liang, Yumei Zhang // Mater. Sci. and Eng. B. − 2007. − V. 139. − P. 124—127.Dewar, M. J. S. Ground states of molecules. The MNDO method. Approximations and parameters / M. J. S. Dewar, W. Thiel // J. Amer. Chem. Soc. − 1977. − V. 99. − P. 4899—4906.Dewar, M. J. S. Ground states of molecules. The MNDO method. Approximations and parameters / M. J. S. Dewar, W. Thiel // J. Amer. Chem. Soc. − 1977. − V. 99. − P. 4899—4906.Dewar, M. J. S. A semiempirical model for the two−center repulsion integrals in the NDDO approximation / M. J. S. Dewar, W. Thiel // Theoret. Chem. Acta. − 1977. − V. 46. − P. 89—104.Dewar, M. J. S. A semiempirical model for the two−center repulsion integrals in the NDDO approximation / M. J. S. Dewar, W. Thiel // Theoret. Chem. Acta. − 1977. − V. 46. − P. 89—104.Kozlov, V. V. Strukturnye prevrasheniya kompozita na osnove poliakrilonitrila i fullerena S60 pod vozdeistviem IK−izlucheniya / V. V. Kozlov, Yu. M. Korolev, G. P. Karpacheva // Vysokomolek. soedineniya. − 1999. − T. 41, N 5. − P. 836.Kozlov, V. V. Strukturnye prevrasheniya kompozita na osnove poliakrilonitrila i fullerena S60 pod vozdeistviem IK−izlucheniya / V. V. Kozlov, Yu. M. Korolev, G. P. Karpacheva // Vysokomolek. soedineniya. − 1999. − T. 41, N 5. − P. 836.Kozlov, V. V. O himicheskih prevrasheniyah poliakrilonitrila pri termicheskoi obrabotke v vakuume i atmosfere ammiaka / V. V. Kozlov, G. P. Karpacheva, V. S. Petrov, E. V. Lazovskaya, S. A. Pavlov // Izvestiya vuzov. Materialy elektron. tehniki. − 2004. − N 4. − P. 45—49.Kozlov, V. V. O himicheskih prevrasheniyah poliakrilonitrila pri termicheskoi obrabotke v vakuume i atmosfere ammiaka / V. V. Kozlov, G. P. Karpacheva, V. S. Petrov, E. V. Lazovskaya, S. A. Pavlov // Izvestiya vuzov. Materialy elektron. tehniki. − 2004. − N 4. − P. 45—49.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.