Автореферат (1097987)
Текст из файла
На правах рукописиИОНОВ СЕРГЕЙ ГЕННАДЬЕВИЧЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНСПОРТ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕСВОЙСТВА ИНТЕРКАЛИРОВАННЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГРАФИТА ИУГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ОСНОВЕСпециальность01.04.07 - физика конденсированного состоянияАвтореферат на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукМосква – 2016Работа выполнена на кафедре химической технологии и новыхматериалов Химического факультета Федерального государственногобюджетногообразовательногоучреждениявысшегообразования«Московский государственный университет имени М.В.
Ломоносова».Официальные оппоненты:Ведущая организация:Бланк Владимир Давыдовичдоктор физико-математических наук,профессор ФГБНУ «Технологическийинститут сверхтвердых и новых углеродныхматериалов», директорГубин Сергей Павловичдоктор химических наук, профессор,ФГБУН Институт общей и неорганическойхимии им.
Н.С. Курнакова Российскойакадемии наук, главный научный сотрудникЗиатдинов Альберт Муктасимовичдоктор физико-математических наук,ФГБНУ Институт химии Дальневосточногоотделения Российской академии наук,заведующий лабораторией электронныхфизических методов исследованийАО «Научно-исследовательский институтконструкционных материалов на основеграфита "НИИграфит"» (г. Москва)Защита состоится 9 сентября 2016 года в 15:00 на заседанииДиссертационного совета Д.501.002.05 по химическим и физикоматематическим наукам при Московском государственном университетеимени М.В.
Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские горы, дом 1,МГУ, Лабораторный корпус Б (строение 73), Факультет Наук о Материалах,аудитория 235.С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотекеМГУ имени М.В.Ломоносова (119234, г. Москва, ГСП-1, Ломоносовский пр.,д. 27) и в сети интернет на сайте факультета наук о материалах МГУ имениМ.В.Ломоносова www.fnm.msu.ru/.Автореферат разослан «__» __________ 2016 года.Ученый секретарь Диссертационного советаД.501.002.05 МГУ имени М.В.
Ломоносовакандидат химических наук, доцентЕремина Е.А.1ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Открытия фуллеренов, многослойных и монослойных углеродных нанотрубок, получение графена в очередной раз показали, что возможности атомов углерода образовывать простые соединения далеко не исчерпаны, и он по-прежнему остается «старым, но всегда новымэлементом».
Огромные возможности открываются перед исследователями прихимической модификации различных аллотропных форм углерода. Так, надопированных щелочными металлами фуллеритах был открыт новый классвысокотемпературных сверхпроводников. Гидрирование и фторирование графена позволяет плавно управлять шириной запрещенной зоны: от Еg=0 эВ уграфена до Еg=5 эВ у графана и фторграфена.
Достаточно давно привлекаютвнимание химиков, физиков, материаловедов интеркалированные соединенияграфита (ИСГ), получаемые при внедрении различных атомов и молекул ввандерваальсовы щели между графенами. Высокая термическая и химическаястойкости графита делают его идеальной матрицей для проведения реакцийтипа «гость-хозяин» в самых жестких условиях.
Амфотерность графита позволяет получать ИСГ как донорного типа (гости: щелочные, щелочноземельные и редкоземельные металлы), так и акцепторного типа (интеркаляты: галогены, интергалоиды, галогениды металлов, протонные кислоты). Уникальность графита проявляется и в том, что на его основе получены интеркалированные соединения от первой до десятой ступени*, что невозможно осуществить на основе других слоистых неорганических матриц. Кроме моноинтеркалированных соединений графита (один интеркалят), синтезированы гетероинтеркалированные соединения (ГИСГ) акцептор-акцептор, акцептор-донор, донор-донор (два интеркалята в разных межслоевых пространствах) и коинтеркалированные соединения: "разные гости" в одном межслоевом пространстве.Интерес научного сообщества к слоистым соединениям вполне объясним: поиск сверхпроводников с нефононным механизмом сверхпроводимости; исследование особенностей энергетического спектра низкоразмерныхэлектронных систем; получение новых синтетических металлов с электропроводностью при комнатной температуре на уровне меди при существенноменьшей плотности (ρCu/ρИСГ ~ 4); изучение фазовых переходов: типа двухмерного плавления, порядок-беспорядок, сверхпроводящих, магнитных, волн зарядовой плотности, структурных под действием давления и др.
[1, 2].Своеобразие физических и химических свойств интеркалированных соединений графита позволяет найти им практическое применение в качестве*Номер ступени (N) равен числу графенов между двумя ближайшими слоями интеркалята.2электродных материалов в химических источниках тока с высокой плотностью энергии; одного из основных ингредиентов огнезащитных материалов;прекурсоров для получения графена и нанослоистых углеродных материалов;катализаторов различных химических реакций; монохроматоров для низкоэнергетических нейтронов; электрохимических устройств в оптических дисплеях; контейнеров для хранения высокоактивных веществ и др. [1, 2].Особый интерес представляет терморасширенный графит (ТРГ), получаемый, как правило, термической деструкцией гидролизованных интеркалированных соединений графита с рядом сильных кислот Бренстеда.
Такое внимание к ТРГ обусловлено его интересными физико-химическими свойствами:большой удельной поверхностью, высокой термической и химической стойкостями, низкой теплопроводностью, высокой пористостью и др. Одним изважных свойств ТРГ является способность при холодной прокатке без связующего образовывать гибкую графитовую фольгу, которая находит широкоеприменение в качестве: уплотнительного материала; экранов от электромагнитного излучения; резистивных элементов в гибких электрических нагревателях; газодиффузионных слоев и материала биполярных пластин в водородно-воздушных топливных элементах; электроконтактных материалов и др.
[3].Несмотря на большое количество работ по синтезу и исследованию ИСГс применением самых разнообразных методов, количество публикаций, посвященных изучению энергетического спектра ИСГ и ГИСГ акцепторного типа и его связью с электропроводностью, весьма ограничено. В большинстверабот исследовались индивидуальные образцы какой-либо отдельной ступени,с одним типом интеркалята, а в таких экспериментах невозможно проследить,как происходит перестройка энергетического спектра при переходе от однойступени к другой, и как на это влияет химическая природа внедренного вещества. Отсутствует реальная физическая модель, объясняющая температурнуюзависимость сопротивления ИСГ акцепторного типа в направлении тригональной оси «с».
Несомненный интерес представляет проблема воздействиявысоких давлений на интеркалированные соединения графита, охватывающаяширокий круг вопросов – от фундаментальных задач устойчивости, структурных фазовых превращений и их интерпретации, до технических и материаловедческих приложений. Что касается гибкой графитовой фольги (ГФ), то в научной литературе отсутствуют сведения о ее физико-химических свойствахпри плотностях ρ>1,3 г/см3.
Более того, в немногочисленных статьях часто исследуются либо промышленные образцы ГФ ("Grafoil" - Union Carbide,"Papyex" - Carbon Lorraine, "Графлекс" - НПО Унихимтек), либо образцы ГФнеизвестного генезиса. Поэтому несомненный интерес представляют система-3тические исследования зависимости электрофизических и механическихсвойств графитовой фольги в цепочке: исходный графит (зольность, фракционный состав) – условия синтеза – химический состав – режим термообработки – плотность – текстура – физические и физико-химические свойства.Цель работы состоит в решении классической задачи физики и химиитвердого тела: установление соответствия между дисперсностью, зольностьюисходного графита, условиями синтеза, химическим составом, структурой иэлектрофизическими, механическими и физико-химическими свойствами интеркалированных соединений графита акцепторного типа, многофункциональных углеродных материалов получаемых на их основе.Конкретные задачи исследования включали в себя:1.
Разработку оригинальных методов и создание установок по исследованию реакций интеркалирования методами рентгенофазового анализа (РФА),электропроводности, калориметрии, потенциометрии in situ; разработку методов измерения сопротивления химически активных веществ; усовершенствование стандартных и разработку новых методов синтеза моно- и гетероинтеркалированных соединения графита и ТРГ; создание лабораторных установокпо получению ГФ и композиционных углерод-углеродных материалов.2.
Экспериментальное исследование квантовых осцилляций поперечного магнетосопротивления (эффект Шубникова-де Гааза − ШдГ), эффекта Холла, температурной зависимости сопротивления в базисной плоскости и в направлении тригональной оси «с» у моноинтеркалированных и гетероинтеркалированных соединения графита, в том числе при высоких давлениях.3. Исследование методами электропроводности, рентгенофазового анализа, дилатометрии структурных фазовых переходов (ФП) типа двумерногоплавления в слое интеркалята, в том числе при высоких давлениях.4.
Исследование в широком интервале температур гальваномагнитных,электрофизических, теплофизических, механических, физико-химическихсвойств ТРГ, графитовых фольг различных плотностей и композиционных углерод-углеродных материалов на основе терморасширенного графита.Объекты исследования: моноинтеркалированные соединения графитаакцепторного типа различных ступеней (1≤N≤5) с хлоридами металлов, сильными протонными кислотами, галогенами, интергалоидами, гетероинтеркалированные соединения графита типа акцептор-акцептор; гибкие графитовыефольги плотностью в интервале 0,2 г/см3≤ρ≤1,8 г/см3; нанослоистые углеродные материалы, получаемые термической деструкцией гидролизованных интеркалированных соединений с сильными протонными кислотами – (окисленный графит – ОГ); композиционные углеродные-углеродные материалы.4Методы исследований: рентгенофазовый анализ; оптическая, электронная растровая и атомно-силовая микроскопии; спектроскопия комбинационного рассеяния; эффекты Шубникова-де Гааза и Холла в магнитных полях до 35 Тл, в диапазоне температур 0,3 К≤Т≤4,2 К, в том числе при высокихдавлениях до 1,5 ГПа; бесконтактный и четырехзондовый методы измерениясопротивления в интервале температур 0,3 К≤Т≤1200 К; механические испытания: модуль Юнга, коэффициент Пуассона, прочность на разрыв, сжимаемость, восстанавливаемость, упругость; термоаналитические методы: термогравиметрический анализ, теплоемкость, теплопроводность, дилатометрия.Научная новизна и положения, выносимые на защиту: в результатепроведенных исследований в настоящей работе впервые:1.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
