МЕТАЛЛОУГЛЕРОДНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ ПИРОЛИЗОВАННОГО ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛА

Теоретически изучена структура и электронно−энергетическое строение металлоуглеродных нанокомпозитов на основе пиролизованного полиакрилонитрила (ППАН), легированного атомами меди, кремния, железа, кобальта, никеля, с использованием неэмпирического метода функционала плотности. Определено влияние азота, входящего в состав ППАН, на стабильность нанокомпозитов и их проводящее состояние. Методом РФА экспериментально изучена структура, а также исследованы электрофизические свойства нанокомпозитов, полученных под действием ИК−нагрева на основе ПАН и соединений соответствующих металлов. Установлено, что в результате обработки прекурсоров, представляющих собой системы ПАН− МеR (где Ме — Cu, Co, Ni, Fe; R — хлорид ион, ацетат−ион), формируются металлоуглеродные нанокомпозиты, в которых наночастицы металлов равномерно распределены в нанокристаллической углеродной матрице на основе ППАН. Показано, что электропроводность металлоуглеродных нанокомпозитов носит активационный характер, определяется температурой синтеза нанокомпозитов и изменяется от 10−1 до 103 См/см в интервале температур получения Т = 600÷900 °С. Энергия активации проводимости также определяется температурой синтеза, что объясняется изменениями в структуре и химическом составе получаемых материалов. Установлено, что результаты расчета энергетических характеристик нанокомпозита согласуются с экспериментом. 

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.