Metalcarbon Nanocomposites Based on Pyrolysed Polyacrylonitrile
https://doi.org/10.17073/1609-3577-2014-2-134-142
Abstract
The electronic structure and geometry of metal−carbon nanocomposites based on the pyrolyzed poliacrylonitril (PPAN) with Cu, Si, Fe, Co, Ni atoms using the DFT method have been theoretically studied. The effect of nitrogen on the stability of PPAN and its conductivity has been determined. The electrophysical properties and structure of metal nanocomposites have been studied using the XFA method. The composites have been produced by IR heating. We suggest that metal−carbon nanocomposites form due to the special processing of the (PAN−MeR) samples. Metal nanoparticles are regularly dispersed in the nanocristalline matrix of PPAN. The conductivity of this metal−carbon nanocomposites has an activation character and varies from10−1 to 103 Om/sm depending on synthesis temperature (T = 600—900 °С). The results of theoretical and experimental research are in good agreement.
About the Authors
I. V. Zaporotskova
Volgograd State University, 100 Universitetskii Prospekt, Volgograd 400062, Russia
Russian Federation
Russian Federation
Dr. Sci. (Phys.–Math.), Professor, Director of the Institute of Priority Technologies
L. V. Kozhitov
National University of Science and Technology MISiS, 4 Leninskiy Prospekt, Moscow 119049, Russia
Russian Federation
Russian Federation
Dr. Sci. (Eng.), Professor
N. A. Anikeev
Volgograd State University, 100 Universitetskii Prospekt, Volgograd 400062, Russia
Russian Federation
Russian Federation
Postgraduate Student
O. A. Davletova
Volgograd State University, 100 Universitetskii Prospekt, Volgograd 400062, Russia
Russian Federation
Russian Federation
Cand. Sci. (Phys.–Math.), Associate Professor;
A. V. Popkova
National University of Science and Technology MISiS, 4 Leninskiy Prospekt, Moscow 119049, Russia
Russian Federation
Russian Federation
Postgraduate Student
D. G. Muratov
A.V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis RAS, 29 Leninskiy Prospekt, Moscow 119991, Russia
Russian Federation
Russian Federation
Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher
E. V. Yakushko
National University of Science and Technology MISiS, 4 Leninskiy Prospekt, Moscow 119049, Russia
Russian Federation
Russian Federation
assistant
References
1. Cavin, R. K. Semiconductor research needs in the nanoscale physical sciences: A semiconductor research corporation working paper / R. K. Cavin, J. C. Daniel, V. V. Zhirnov // J. Nanoparticle Res. − 2000. − V. 2. − P. 213.
2. Кожитов, Л. В. Технология материалов микро− и наноэлектроники / Л. В. Кожитов, В. Г. Косушкин, В. В. Крапухин, Ю. Н. Пархоменко − М. : МИСиС, 2007. − 544 с.
3. Kozhitov, L. V. The perspective technological and physicochemical properties carbon nanocrystalline substance and metal/ carbonnanocompositesforfabricatingnovelmaterials/L. V. Kozhitov, V. V. Krapukhin, G. P. Karpacheva, S. A. Pavlov, V. V. Kozlov, T. Ph. Limonova, Yu. P. Prazdnikov // Физика электронных материалов. Материалы 2−й Междунар. конф. − Калуга: КГПУ, 2005. − Т. 1. − С. 36—39.
4. Kozhitov, L. V. The perspective technological and physicochemical properties carbon nanocrystalline substance and metal/ carbonnanocompositesforfabricatingnovelmaterials./L. V. Kozhitov, V. V. Krapukhin, G. P. Karpacheva, S. A. Pavlov, V. V. Kozlov // Тр. III Российско−японского семинара «Оборудование и технология для производства компонентов твердотельной электроники и наноматериалов». − М. : Изд−во «Учеба», МИСиС, 2005. − Р. 217—234.
5. Kozlov, V. V. The effective method based IR annealing for manufacturing novel carbon nanocrystalline material and multifunctionalmetal−polymernanocomposites/V.V.Kozlov,L. V. Kozhitov // Перспективные материалы. Спец. вып. − 2007. − Т. 1. − С. 377— 384.
6. Козлов, В. В. Перспективные свойства нанокомпозита Cu/C,полученногоспомощьютехнологииИК−отжига/В. В. Козлов, Л. В. Кожитов, В. В. Крапухин, Г. П. Карпачева, Е. А. Скрылева // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. − 2006. − No 4. − C. 43—46.
7. Kozitov, L. V. The FeNi3/C nanocomposite formation from the composite of fe and ni salts and polyacrylonitrile under IR−heating / L. V. Kozitov, A. V. Kostikova, V. V. Kozlov, M. Bulatov // J. Nanoelectronics and Optoelectronics. − 2012. − N 7. − P. 419—422.
8. Karpacheva, G. P. Co−Carbon nanocomposites based on ir− pyrolyzed polyacrylonitrile / G. P. Karpacheva, K. A. Bagdasarova, G. N. Bondarenko, L. M. Zemtsov, D. G. Muratov, N. S. Perov // Polymer Sci. А. − 2009. − V. 51, N 11−12. − P. 1297—1302.
9. Якушко, Е. В. Формирование нанокомпозитов Ni/C на основе полиакрилонитрила под действием ИК−излучения / Е. В. Якушко, Д. Г. Муратов, Л. В. Кожитов, А. В. Попкова, М. А. Пушкарев // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. − 2013. − No 1. − С. 61—65.
10. Шешко, Т. Ф. Совместная гидрогенизация оксидов углерода на катализаторах, содержащих наночастицы железа и никеля / Т. Ф. Шешко, Ю. М. Серов. // Журн. физ. химии. − 2011. − Т. 85, No 1. − С. 57—60.
11. Михайлов, Ю. М. Паровая конверсия глицерина на композиционных материалах, содержащих наночастицы никеля / Ю. М. Михайлов, Л. М. Кустов, В. В. Алешин, А. Л. Тарасов, В. Н. Леонова // Катализ в промышленности. − 2011. − No 1. − С. 66—70.
12. Лыньков, Л. М. Радиопоглощающие свойства никельсодержащего порошкообразного шунгита / Л. М. Лыньков, Т. В. Борботько, Е. А. Криштопова // Письма в ЖТФ. − 2009. − Т. 35,No 9.−С.44—48.
13. Jianhua, Zhou. Design of mesostrucred γ−Fe2O3/carbon nanocomposites for electromagnetic wave absorption applications. / Zhou Jianhua, He Jianping, Wang Fao, Li Guoxian, Guo lunxm, Zhao Jianging, Ma Yiou // J. Alloys and Compounds. − 2011. − V. 509. − P. 8211—8214.
14. Yang, Yong Synthesis and microwave absorption properties of FeCo nanoplates /Yong Yang, Cailing Xu, Yongxin Xia, Tao Wang, Fashen Li // Ibid. − 2010. − V. 493. − P. 549—552.
15. Chung, D. Pat. WO9610901A1. Metal filaments for electromagnetic interference shielding. / D. Chung, X. Shui. 1996.
16. Hasegawa, D. / D. Hasegawa, H. Yang, T. Ogawa, M. Takahashi // J. Magnetism and Magnetic Materials. − 2009. − V. 321 −P. 746.
17. Yang, H. T. Achieving a noninteracting magnetic nanoparticle system through direct control of interparticle spacing / H. T. Yang, D. Hasegawa, M. Takahashi, T. Ogawa // Appl. Phys. Lett. − 2009. − V. 94. − P. 013103.
18. Choi, J. S. Self−confirming “AND” logic nanoparticles for fault−free MRI / J. S. Choi, J. H. Lee, T. H. Shin, H. T. Song, E. Y. Kim, J. Cheon // J. Am. Chem. Soc. − 2010. − V. 132. − P. 11015—11017.
19. Kline, T. L. Biocompatible high−moment FeCo−Au magnetic nanoparticles for magnetic hyperthermia treatment optimization / T. L. Kline, Yun−Hao Xu, Ying Jing, Jian−Ping Wang // J. Magn. and Magn. Mater. − 2009. − V. 321. − P. 1525—1528.
20. Obraztsov, A. N. Application of nano−carbon cold cathodes for lighting elements. / A. N. Obraztsov, A. P. Volkov, Yu. V. Petrushenko, O. P. Satanovskaya // Nanotech. − 2003. − V. 2. − P. 234.
21. Запороцкова, И. В. Протонная проводимость углеродных наноструктур на основе пиролизованного полиакрилонитрила и ее практическое применение / И. В. Запороцкова, О. А. Давлетова, В. В. Козлов, Л. В. Кожитов, В. В. Крапухин, Д. Г. Муратов // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. − 2008. − No 1. − С. 59—65.
22. Земцов Л. М. Углеродные наноструктуры на основе ИК− пиролизованного полиакрилонитрила / Л. М. Земцов, Г. П. Карпачева, М. Н. Ефимов, Д. Г. Муратов, К. А. Багдасарова // Высокомолекулярные соединения. А. − 2006. − Т. 48, No 6. − С. 977—982.
23. Dreizler, R. M. Density Functional Theory / R. M. Dreizler, E. K. U. Gross. − Berlin; Heidelberg : Springer − Verlag, 1990. − 303 p.
24. Козлов, В. В. // Особенности образования системы полисопряженных связей полиакрилонитрила в условиях вакуума при термической обработке / В. В. Козлов, Г. П. Карпачева, В. С. Петров,Е.В.Лазовская//Высокомолекулярныесоединения. А. − 2001. − T. 43, No 1. − C. 20.
25. Кожитов, Л. В. Получение и свойства углеродных нанокристаллических материалов и многофункциональных металлополимерных нанокомпозитов / Л. В. Кожитов, В. В. Козлов, В. Г. Костишин, А. Т. Морченко, Д. Г. Муратов, А. В. Нуриев, Е. В. Якушко // Материалы 2−й Всеросс. науч.−техн. конф. «Нанотехнологии и наноматериалы: современное состояние и перспективы развития в условиях Волгоградской области». − Волгоград, 2009.
26. Козлов, В. В. О химических превращениях полиакрилонитрила при термической обработке в вакууме и атмосфере аммиака. / В. В. Козлов, Г. П. Карпачева, В. С. Петров, Е. В. Лазовская, С. А. Павлов. // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. − 2004. − No 4. − C. 45—49.
27. Муратов, Д. Г. Исследование электропроводности и полупроводниковых свойств нового углеродного материала на основе ИК−пиролизованного полиакрилонитрила ((С3H3N)n) / Д. Г. Муратов, В. В. Козлов, В. В. Крапухин, Л. В. Кожитов, Л. М. Земцов, Г. П. Карпачева // Там же. − 2007. − No 3. − C. 26.
Review
For citations:
Zaporotskova I.V., Kozhitov L.V., Anikeev N.A., Davletova O.A., Popkova A.V., Muratov D.G., Yakushko E.V. Metalcarbon Nanocomposites Based on Pyrolysed Polyacrylonitrile. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2014;(2):134-142. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2014-2-134-142
Views:
1268
Email this article 