Физические свойства углеродных наноматериалов и легированных синтетических монокристаллов алмаза (1097954), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Сплошная ипрерывистая линия представляютсобой расчетные зависимости дляслучаев 10% и 100% молекул С60 снеспареным спином.ВпервыеобнаруженаполимеризацияэндофуллеренаLa@C82 под давлением 9,5 ГПа в диапазоне 520-720К с изменениемудельного веса от 1,84 до 2,67 гсм-3 и твердостью плотной фазы 305ГПа. (Таблица 3).Таблица 3. Параметры элементарной ячейки a, b, c, , , , расчетныйудельный вес  исходной структуры La@C82 и полимеризованных фаз послеобработки при P=9.5 ГПa, T=720 K.№п/п12ТипструктурыГПУ,исходнаяГПУ3ГПУ4искажен.ОЦТискажен.ОЦТ5a, Ǻb, Ǻc, Ǻooo11.27-18.359090120 (г см-3),±0.031.8410.54±0.0310.3±0.110.14± 0.110.33±0.1-16.54±0.2318.15±0.226.3± 0.227.3±0.290901202.3490901202.228787902.678690882.5510.44±0.110.39±0.1Исследования магнитной восприимчивости в диапазоне 4,2-300 Кпоказали незначительный, примерно на 15%, рост концентрациинеспаренных электронов по сравнению с исходным La@C82 при T < 50K(Рис. 12б).27a)б)Рис.

12. Рентгенограммы La@C82 до и после обработки давлением 9.5 ГПа притемпературах 520 и 720 К (а). Температурная зависимость магнитнойвосприимчивости La@C82 полимеризованного при Р = 9.5 ГПа, Т = 720 К приохлаждении без магнитного поля (ZFC) и в магнитным поле (FC) (б).В Главе 4 описаны результаты исследований электрическихсвойств наноструктурированных термоэлектрических сплавов Bi2Te3 (nтип проводимости) и Bi0,5Sb1,5Te3 (р-тип проводимости) легированныхфуллереном С60.8864r, mOhm cma)r, mOhm cm6after synthesisannealed, 295K2*42* crystalannealed, 77Kcrystal000012345612345656C60 bulk contentC60 bulk content, %10annealed, 295K6-3-38n, *10 cmannealed, 77K461919p, x10 cmб)after synthesis2*42crystal0012345060C60 bulk content, %1234C60 bulk contentРис.

13. Зависимость удельного сопротивления  (a) и концентрации свободныхносителей заряда (б) от концентрации фуллерена C60 в образцах р-типаBi0,5Sb1,5Te3 (слева) и n-типа Bi2Te3 (справа) после синтеза (черные символы),после отжига в водороде при 670 К (красные символы) и тех же образцов при Т= 77 К (синие символы).28При введении 0.2 - 3 об. % фуллерена С60 в наноструктурированные термоэлектрические сплавы Bi2Te3 и Bi0,5Sb1,5Te3впервыенаблюдалисьэффектырезонансногоуменьшенияконцентрации электронов и увеличения концентрации дырок призначениях концентрации С60 около 0,5 и 1,5 об. % (Рис. 13). При этих жезначениях концентрации наблюдаются и локальные минимумыХолловской подвижности носителей заряда.

Данный эффект приводит крезонансному снижению проводимости сплава n-типа, и наоборот, крезонансному увеличению проводимости сплава p-типа, что повышаетдобротность термоэлектрических сплавов на 20-30%.В Главе 5 рассматриваются автоэмиссионные свойстваавтокатодов,изготовленныхметодомростауглерод-азотныхнановолокон на графитовой основе, пропитанной раствором ферроценаFe(C5H5)2. Нановолокна содержат около 13% азота и благодаря этомуимеют очень "рыхлую" поверхность с большой плотностьюэмиccионных центров. Типичный вид вольт-амперных характеристик(ВАХ) полученных автокатодов при различном расстоянии междуанодом и поверхностью графитовой подложки показан на рис.

14.a)б)Рис.14.Вольт-амперныехарактеристики (а) и кривые Фаулера— Нордгейма (б) для автокатодов,изготовленныхпутемосажденияуглерод-азотныхнановолоконнаграфитовуюподложку.Данныеполучены при различных расстоянияхмеждуаноднойпластинойиграфитовой подложкой: кривая 1 —600 мкм; кривая 2 — 900 мкм; кривая 3— 1200 мкм.Макроскопическое пороговоеполе включения (плотность тока 10мкА/см2) автокатодов составляет1,1 — 1,2 В/мкм. Для полученияплотности эмиссионного тока 1мА/см2 требуется электрическоеполе 1,6—1,8 В/мкм. Такимобразом, автокатоды из углеродазотных нановолокон являются29эффективными эмиттерами электронов с пороговой напряженностьюэлектрического поля, существенно меньшей, чем у автокатодов наосновемногослойныхуглеродныхнанотрубок.Наосноверазработанных автокатодов изготовлены электролюминесцентныевакуумные лампы с люминофорами зеленого, красного, синего и белогоцвета, а также УФ-диапазона, работоспособные в широком диапазонетемператур (-196)  (+150) оС.Глава 6 посвящена исследованиям сверхтвердых сверхпроводящихкомпозиционных материалов на основе порошковых синтетическихалмазов, фуллерена С60 и сверхпроводящих металлов, сплавов,сверхпроводника MgB2.

Критическая температура сверхпроводящегоперехода составляет 12,6  39,2 К, в зависимости от выборасверхпроводящего материала (рис. 15), при твердости в интервале 2595ГПа, в зависимости от выбора материала сверхтвердой компоненты иконкретного места индентирования на образце.28б)R(m)21MgB2+cBN14MgB2+diamond13277MgB20050 100 150 200 250 300T (K)Рис. 15. Температурная зависимость сопротивления образцов, полученных всистемах алмаз–ниобий (а); алмаз–MgB2, КНБ–MgB2 и MgB2 для сравнения (б).Система алмаз-ниобий.

Для получения сверхпроводящего композитав качестве исходного материала использован синтетический алмаз сразмерами кристаллов 80100 мкм, покрытых ниобием. Экспериментыпроводили при давлении 7,7 ГПа и температуре 1973 К, времявыдержки при заданных параметрах 60 с. Изготовлены образцы размера3 4,53,5 мм . Образцы имеют критическую температуру перехода всверхпроводящее состояние Тс = 12,6 К (рис. 15а), характерную толькодля соединения в системе NbC с высокой стехиометрией состава.Нестехиометричные соединения NbC имеют меньшую температуру30перехода.Характернаяособенностьсостоитвтом,чтосверхпроводящий переход оказывается достаточно узким, T  1,5 K.Система алмаз-MgB2 (КНБ-MgB2). Температура сверхпроводящегоперехода композита, полученного при варьировании содержания MgB2в системе алмаз—MgB2 в широких пределах, оказалась практически тойже, что и для исходного MgB2 (рис.

15б). В качестве исходногоматериала использованы порошки MgB2 с содержанием основногопродукта 98,5% и размером частиц до 510 мкм. Порошоксинтетического алмаза имел зернистость 100/40, порошок КНБ - 40/28.Приготовленные смеси содержали по 80 мас.% сверхтвердыхсоставляющих и по 20 мас.% MgB2.

Синтез производился при Р= 7,7ГПа, Т= 1100 0C, время выдержки 60 секунд.В Таблице 4 приведены результаты измерений микротвердости,удельного веса, скоростей продольных и поперечных звуковых волн, ирассчитанных на основании этих данных модулей упругости длякомпозитов алмаз-ниобий, алмаз-MgB2 и КНБ-MgB2 для сравнения.Таблица 4. Удельный вес , скорости продольных VL и поперечных VT звуковыхволн, модуль Юнга E, объемный B и сдвиговый G модули упругости,коэффициент Пуассона  и микротвердость Hv сверхпроводящих композитовалмаз-Nb, алмаз-MgB2 и КНБ-MgB2.АлмазNbАлмазMgB2КНБMgB2,г см-3VL,км/cVT,км/cE,ГПaB,ГПaG,ГПaHv,ГПа4.112,16.94903401950.260.10.50.259530140.0435953.45.63,3350.230.36.00.153.79020110570.13.34603450.040.190.10.30.1525740.0425782457Система MgB2 -С60.

Для синтеза использовался порошок С60 99,8%,(0,2% - высшие фуллерены и аморфный углерод). Синтез производилсяпри Р=7,7 ГПа, Т=11000C, время выдержки 60 секунд. Микротвердостьпо Виккерсу в соединении MgB2:С60 (80:20) варьируется в интервалезначений 1842 ГПа. Критическая температура сверхпроводящегоперехода составляет Тс = 39,2 К.31Рис. 16. Температурная зависимость электросопротивления R соединенияMgB2:С60 (80:20) при различных значениях магнитного поля (а) и величинакритического поля Bс сверхпроводимости при различных температурах (б).В Главе 7 описаны результаты исследований электрическихсвойств сильнолегированных бором синтетических монокристалловалмазов, выращенных методом температурного градиента. Впервые вдиапазоне 0,5 - 300 К исследована температурная зависимостьэлектросопротивления сильнолегированных бором синтетическихмонокристаллов алмазов, выращенных методом температурногоградиента.

Показано, что в диапазоне концентраций бора 1019-1020 см-3происходит изменение механизма транспорта носителей заряда (дырок)от обычного активационного к прыжковому и к состояниюразупорядоченного вырожденного полупроводника с проводимостьюпропорциональной T1/2 в диапазоне Т = 0.5 – 50 К (Рис. 19).В диапазоне 77 - 800 К исследован температурный коэффициентсопротивления (ТКС) миниатюрных терморезисторов, изготовленныхиз легированных бором синтетических монокристаллов алмазов сразличной концентрацией бора (Рис. 20а).

Величина ТКС составляет0,1-10% K-1 в диапазоне 77 - 800 К, что обеспечивает чувствительностьк изменению температуры 10-4 - 10-2 К. Показано, что оптимальнымявляется использование сильнолегированных алмазов с концентрациейбора ~1019 см-3, а характерное время отклика термодатчиков на основекристаллов размером 110,3 мм3 составляет 100 мкс, что позволяетиспользовать их в системах контроля с быстродействием вплоть до 10кГц. Сопротивление алмазных термисторов при комнатной температуресоставляло ~ 65 Ом, а функциональный коэффициент термистора  = ln(R1/R2)/(1/T1-1/T2) = 2500 К в диапазоне 300 - 800 К.320.08(T)/(297)0.060.0410.0220.0002461/28101/2T (K )Рис. 18.

Характеристики

Список файлов диссертации