| الوصف: |
Живулин Дмитрий Евгеньевич – ведущий специалист, Челябинское отделение ФГУП «Федеральный экологический оператор», адрес: 454025, Челябинск, Российская, 299; инженер УНИД, Южно-Уральский государственный университет, 454080, г. Челябинск, проспект Ленина, 76, e-mail: zhivulin-74@mail.ru Жеребцов Дмитрий Анатольевич – доктор химических наук, старший научный сотрудник кафедры материаловедения и физикохимии материалов, Южно-Уральский государственный университет: 454080, Челябинск, проспект Ленина, 76; e-mail: zherebtsov_da@yahoo.com. D.E. Zhivulin1,2, zhivulin-74@mail.ru D.A. Zherebtsov2, zherebtsov_da@yahoo.com 1 Federal Environmental Operator, Chelyabinsk, Russian Federation 2 South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation Углеродные материалы с высоким содержанием азота перспективны для современной электроники. Для получения подобных материалов как источник азота удобно использовать меламин, так как при его термическом разложении образуется значительное количество азотсодержащих групп, которые могут быть встроены в структуру углеродного материала. Изучение температурных зависимостей сопротивления полученных материалов позволило установить влияние атомов азота на зонную структуру образцов. В статье описан способ получения однофазных азотсодержащих твердых растворов на основе аморфного углерода путем термолиза расплавленных смесей меламина с фенолфталеином при их нагревании до 500 °С. Такой способ синтеза позволил достичь содержания азота 21 мас. %. Приведены результаты исследования новых материалов методом рентгенофазового анализа, подтверждающие хаотичное строение твердых растворов и отсутствие дальнего порядка в расположении атомов углерода или азота. Морфология полученных образцов с раз-личной концентрацией фенолфталеина изменяется от слабосвязанных порошков до твердой пены. Сложность измерения температурных зависимостей удельного сопротивления связана с невозможностью приготовления стандартных прямоугольных образцов. Для измерения температурных зависимостей сопротивления проводилось измельчение образцов до порошка заданного гранулометрического состава, а также была сконструирована вакуумная измерительная ячейка и отработана методика проведения измерений в диапазоне 30–300 °С. В работе описана экспериментальная установка и способ подготовки образцов, а также приведены результаты измерений образцов твердых растворов азота в аморфном углероде с высоким содержанием азота. Показано монотонное снижение ширины запрещенной зоны твердых растворов от 1,07 до 0,61 эВ с ростом содержания в них азота. Carbon materials with high nitrogen content show great potential for modern electronics. To obtain such materials, it is convenient to use melamine as a source of nitrogen, since during its thermal decomposition a significant amount of nitrogen-containing groups is formed, which can be incorporated into the structure of the carbon material. The study of the temperature dependence of resistance for the obtained materials has made it possible to establish the effect of ni-trogen atoms on the band structure of the samples. The article describes a method for obtaining single-phase nitrogen-containing solid solutions, based on amorphous carbon, by thermolysis of molten mixtures of melamine with phenolphthalein under heating to 500 °C. This method has made it possible to achieve the nitrogen content of 21 wt. %. The results of the study of new materials by the X-ray phase analysis are presented, confirming the chaotic structure of solid solu-tions and the absence of longrange order in the arrangement of carbon or nitrogen atoms. The morphology of the obtained samples with various concentrations of phenolphthalein varies from loosely bound powders to solid foam. The complexity of measuring the temperature dependences of resistivity is associated with the difficulty of preparing standard rectangular samples. To measure the temperature dependences of resistance, the samples were ground to a powder of the given granulometric composition, and a vacuum measuring cell was constructed, as well as measurement technique was developed in the range of 30–300 °C. The paper describes the experimental setup and sample preparation, and also presents the results of measurements of samples of solid solutions of nitrogen in amorphous carbon with a high nitrogen content. A monotonical decrease in the band gap of solid solutions from 1.07 to 0.61 eV with an increase in the nitrogen content in them has been shown. Данное исследование финансировалось Правительством Российской Федерации, закон № 211, контракт № 02.A03.21.0011. Электронная микроскопия и рентгенофазовые исследования проводились в научно-образовательном центре «Нанотехнологии» ЮУрГУ. The reported study was funded by the Government of the Russian Federation, Act 211, Contract No. 02.A03.21.0011. Electron microscopy and powder X-ray diffraction studies were carried out in the scientific and educational center of Nanotechnology of SUSU. |
