Разработка установки сублимационной сушки для получения высокогомогенного прекурсора y– втсп

О.В. Калядин, В.Е. Милошенко, А.В. Сергеев, аспирант

Кафедра физики твердого тела

Процесс сублимационной сушки заключается в удалении растворителя из замороженного продукта криокристаллизации, путем его возгонки (сублимации), то есть непосредственного перевода растворителя в парообразное состояние, минуя жидкую фазу.

Принципиальная схема установки сублимационной сушки 1 - капка; 2 – уплотнитель; 3 – шпилька; 4 – рабочий сосуд; 5 – рабочий объем; 6 – основание; 7 – опора; 8 - гайка; 9 – вакуумный насос; 10 – регулятор скорости нагрева; 11 – вакууметр.

Данный процесс происходит в условиях непрерывной поддержки парциального давления пара ниже давления насыщенного пара (условия существования материала в замороженном состоянии).

Разработанная установка предназначена для сублимационного обезвоживания 200 см³ замороженного раствора. Минимальная рабочая температура 77 К. Минимальное давление в рабочем объеме 10^-2мбар. Мощность нагревателя 21 Вт.

Принципиальная схема сублиматора представлена на рисунке. На основание6 устанавливается рабочий сосуд 4 с вакуумной изоляцией. Рабочий объем 5 наполняется жидким азотом, после чего в него помещается замороженное вещество. После выкипания азота рабочий сосуд закрывается капкой 1 с коммуникациями. Герметичность емкости обеспечивается уплотнителем 2. Капка стягивается с основанием шпильками 3 и гайками 8. Форвакуумный насос 9 через азотную ловушку 9* непрерывно откачивает пары воды. С помощью вакууметра 11 следят за величиной разряжения в рабочем объеме. Контроль и управление скоростью нагрева обеспечивается источником радиационного нагрева, находящимся в рабочем сосуде, и внешним регулятором 10. Устойчивость конструкции обеспечивается за счет опор 7.

Криохимическая технология получения высокогомогенных прекурсоров Y-ВТСП, одним из процессов которой является сублимационная сушка, позволяющая повысить гомогенность продукта за счет практически молекулярного уровня смешения компонентов в растворе и его сохранения на последующих стадиях синтеза. Получаемые оксидные порошки характеризуются, как правило, достаточно высокой удельной поверхностью и, как следствие, активны в процессах твердофазного взаимодействия и спекания. Кроме того, эффективность криохимического синтеза проявляется в повышении химической однородности материала.

Литература

1. Баранчиков А.Е., Баранов А.Н. Криохимический метод синтеза неорганических материалов: учебн. пос./Москва: изд-во МГУ, 2011. – 46 с.

УДК 538.9

Высокочастотные магнитные свойства многослойных гетерогенных систем на основе нанокомпозитов (Co41Fe39b20)X(SiO2)100-X и (Co45Fe45Zr10)X(Al2o3)100-X

Х.С.М. Аль Аззави, аспирант, О.С.Тарасова, студент гр. ПФм-121, А.В. Ситников

Кафедра физики твердого тела

В данной работе рассмотрена возможность изменения ростовой перпендикулярной анизотропии композитов (Co₄₁Fe₃₉B₂₀)_X(SiO₂)_100-X и (Co₄₅Fe₄₅Zr₁₀)_X(Al₂O₃)_100-X за счет формирования многослойной структуры и влияние изменения структуры на магнитные свойства пленок.

Ионно-лучевым распылением составной мишени были синтезированы образцы объемных композитов (Co₄₁Fe₃₉B₂₀)_66,2(SiO₂)_33,8, (Co₄₁Fe₃₉B₂₀)_66,2(SiO₂)_33,8 и многослойных структур {[(Co₄₁Fe₃₉B₂₀)_67,4(SiO₂)_32,6]/[(Co₄₁Fe₃₉B₂₀)_67,4(SiO₂)_32,6+O₂]}₁₇₈, {[(Co₄₅Fe₄₅Zr₁₀)₆₁ (Al₂O₃)₃₉]/[(Co₄₅Fe₄₅Zr₁₀)₆₁(Al₂O₃)₃₉+О₂]}₃₀₀. Многослойные структуры представляют собой чередующиеся слои композита полученного в атмосфере аргона и композита в атмосфере аргона с добавлением кислорода. Толщины слоев составляют несколько нанометров.

Разработка упрочняющих биоактивных покрытий медицинского назначения

Н.Е. Зинин¹, курсант гр. 15-31, В.Н. Смолянинов¹,курсант гр. 15-31, И.М. Трегубов²

1 Вунц ввс «Военно-воздушная академия»

Кафедра физики и химии

2 Фгбоу впо «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра физики твёрдого тела

Целью данной работы является разработка упрочняющих покрытий на основе композитов металл-керамика, обладающих высокой биосовместимостью и продлевающих срок службы имплантатов, вживляемых в организм человека, благодаря наноструктуре и высоким механическим свойствам.

Одной из главных трудностей в использовании имплантатов является разрушение кости вокруг, при его вживлении в организм человека, что в свою очередь, со временем приводит к его потере. Помимо сложностей с низкой степенью приживаемости, недостаточной длительной устойчивостью в организме человека, возникает ещё и проблема поиска биоактивного материала, который бы способствовал быстрому заживлению и продлевал срок службы вживленного имплантата. На сегодняшний день не один из разрабатываемых керамических материалов на основе ГА не доведен до стадии клинического применения, из-за неудовлетворительных показателей механических свойств, и низкой эксплуатационной надежности.

Одним из возможных вариантов разрешения подобных сложностей является использование сочетания металлической основы, из которой изготовлен имплантат с нанесенным на него упрочняющим композиционным покрытием. Данный подход основан на придании биологической совместимости металлу, обладающему хорошими механическими свойствами, посредством нанесения на его поверхность покрытия. Как показывают исследования [1], рост эксплуатационных характеристик в композиционных покрытиях металл-керамика обеспечивается не столько за счет элементного состава покрытия, сколько за счет его морфологии и наноструктурированности. А улучшение физико-механических свойств модифицированного поверхностного слоя, достигается также и в силу синергетического эффекта получается композиция с характеристиками, которые не могут быть достигнуты при применении каждого материала в отдельности.

Для создания и разработки уникального покрытия для каждого конкретного случая его использования необходим дифференцированный подход, что позволит оптимизировать свойства разрабатываемого покрытия для наиболее эффективного применения. Решается это технологией ионно-лучевого распыления, которая позволяет варьировать фазовый состав покрытия в достаточно широких пределах, а также варьировать элементный состав, что дает возможность сочетать в материале оптимальные для данной задачи свойства и характеристики. Метод ионно-лучевого распыления не требует относительно высоких температур, обеспечивает достаточную химическую и структурную однородность, а также является наиболее перспективным с точки зрения воспроизводимости состава и структуры. Использование указанной технологии позволяет брать химическую основу покрытий максимально близкую к элементному составу ГА, (т.е. фосфату кальция, являющегося основой минеральной компоненты костной ткани), а в результате процессов атомной самоорганизации производить формирование композитной наноструктуры.

Литература

1. Трегубов И.М. Упрочняющие покрытия из гранулированного композита Fe_x(Al₂O₃)_100-x / И.М. Трегубов, О.В. Стогней, М.Ю. Смолякова, Д.Н. Клименко, М.А. Каширин // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2013. – №2. – С.37 – 44.

УДК 538.935

Влияние термообработки на структуру и электрические свойства тонких пленок на основе сульфида самария

В.А. Макагонов, С.Ю. Панков, студент гр. ПФм-121, М.В. Хахленков студент гр. ТФ- 101

Кафедра физики твердого тела

Моносульфид самария SmS обладает рядом свойств, которые выделяют его среди полупроводниковых материалов. К таким свойствам относятся: широкая область гомогенности состава (от 50 до 54 ат.% Sm), широкая запрещенная зона (E_g = 2,3 эВ), наличие фазового перехода полупроводник – металл, тензорезистивный и термовольтаический эффекты.

Тонкие пленки сульфида самария были получены методом ионно-лучевого напыления. По результатам рентгеноструктурного анализа было определено, что структура исходных образцов мелкозернистая, размер области когерентного рассеяния (ОКР) 5,7 нм, с решеткой Fm3m типа NaCl и параметром a= 5,963 A (по справочным данным a = 5,967 A), что указывает на дефектность структуры, связанную с отклонением от стехиометрического состава. Действительно, нестехиометричность подтверждается результатами электронно-зондовового микроанализа, согласно которому, процентное содержание Sm и S 54,34 и 42,09 ат. % соответственно.

1 – исходный образец; 2 – после отжига в атмосфере H2S при температуре 773 К; 3 – после отжига в атмосфере H2S при температуре 873 К Температурная зависимость электросопротивления тонких пленок SmS

Для изучения влияния содержания серы на электрические свойства и структуру полученных пленок был проведен отжиг образцов в атмосфере сероводорода H₂S при температурах 773 и 873 К в течение 30 минут. Рентгенострукурный анализ отожженных образцов показал увеличение параметра кристаллической решетки до а = 5,972 A, что свидетельствует о смещении стехиометрии в сторону увеличения содержания S выше стехиометрического. Размер ОКР также увеличился до 28 нм.

Температурные зависимости электросопротивления ρ в диапазоне температур 77 – 300 К для исходного и отожженных образцов SmS приведены на рисунке.

Анализ полученных зависимостей показал, что данные пленки имеют полупроводниковый тип проводимости моттовского типа, обусловленный достаточно высоким уровнем дефектности. Полученные результаты подтверждаются данными из литературных источников [1].

Таким образом, отжиг в атмосфере сероводорода тонких пленок SmS позволяет эффективно управлять электрическими свойствами тонких пленок данного полупроводника путем изменения стехиометрии образцов.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 13-08-97533 р_центр_а)

Литература

1. П.Е. Тетерин, А.В. Зенкевич, Ю.Ю. Лебединский, О.Е. Парфенов // Исследование структурных и электрофизических свойств тонкопленочных слоев SmS и EuS. – Москва: МИФИ. 2010. – С.1 – 4.

УДК 538.9

Термоэлектрические свойства композита [Cu2Se]X[Cu2o]100-X

Бавыкин В.В., студент гр. ТФ- 101, Шуваев А.С., аспирант

Кафедра физики твердого тела

В настоящее время широкий интерес вызывают альтернативные источники энергии. Одними из представителей таких источников являются термоэлектрические генераторы, основанные на прямом преобразовании тепловой энергии в электрическую. Не смотря на простоту конструкции и долговечность, эти преобразователи имеют определенные ограничения, которые делают нецелесообразными их широкое применение. На сегодняшний день основным среднетемпературным материалом является теллурид висмута, однако, он имеет ряд недостатков: низкая термоэлектрическая добротность, дороговизна исходных материалов и отрицательное воздействия исходного сырья на организм человека. В связи с этим ставится задача о разработке материала лишенного этих недостатков. Одним из перспективных методов улучшения термоэлектрического материала является создание композита, отвечающего выше перечисленным требованиям.

Изменения магнитостатических свойств пленок композитов и многослойных гетерогенных структур влияет на частотные зависимости действительной (m^/) и мнимой (m^//) частей комплексной магнитной проницаемости.

Композит (Co₄₁Fe₃₉B₂₀)_66,2(SiO₂)_33,8 имеет широкий пик зависимости m^//(¦) с максимальными значениями при частоте 500 - 600 МГц, что соответствует частоте естественного ферромагнитного резонанса (¦_рез). Действительная часть комплексной магнитной проницаемости уменьшается в диапазоне частот 500-1300 МГц. Подобная зависимость наблюдается и для пленок композита (Co₄₁Fe₃₉B₂₀)_66,2(SiO₂)_33,8. В случае композита (Co₄₅Fe₄₅Zr₁₀)₆₁(Al₂O₃)₃₉ ¦_рез ≈ 600 МГц. Однако, композит(Co₄₅Fe₄₅Zr₁₀)₆₁(Al₂O₃)₃₉ имеет низкие значения m^/ и m^// для частот ниже ¦_рез. Значительная ширина максимума m^//(¦) обусловлена дисперсией локальных полей магнитной анизотропии, свойственной для объемных композитов.

Существенные изменения кривых m^/(¦) и m^//(¦) наблюдаются для гетерогенных многослойных структур. Для пленки {[(Co₄₁Fe₃₉B₂₀)_67,4(SiO₂)_32,6]/[(Co₄₁Fe₃₉B₂₀)_67,4(SiO₂)_32,6 +O₂]}₁₇₈ существенно возросло значение m^//(¦) и ¦_рез составило ≈ 2,5 ГГц, величина m^/ ≈ 250 для частот ниже ¦_рез. Для многослойной гетерогенной структуры {[(Co₄₅Fe₄₅Zr₁₀)₆₁ (Al₂O₃)₃₉]/[(Co₄₅Fe₄₅Zr₁₀)₆₁(Al₂O₃)₃₉+О₂]}₃₀₀ частота естественного ферромагнитного резонанса возросла не столь значительно и составила ~ 800 МГц, однако значения m^/ и m^// существенно увеличились относительно объемного композита (m^/ ≈ 40 для частот ниже ¦_рез и m^//_max ≈ 40).

Полученные результаты показывают, что новые многослойные гетерогенные структуры {[(Co₄₁Fe₃₉B₂₀)₆₀(SiO₂)₄₀]/[(Co₄₁Fe₃₉B₂₀)₆₀(SiO₂)₄₀+O₂]}₁₇₆ имеют хорошие высокочастотные магнитные свойства для различных практических применений.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 13-02-97511-р_центр_а )

УДК 539.4

В работе исследованы удельное электрическое сопротивление (ρ) и коэффициент термо-э.д.с. (α) 13 образцов системы [Cu₂Se]_x[Cu₂O]_100-x с различными соотношениями компонентов, полученных методом двухстадийного горячего прессования.

На зависимости коэффициента термо-э.д.с. наблюдается ярко выраженный максимум вблизи концентраций 70 масс. % Cu₂O, но зависимость удельного электрического сопротивления в этой области ведет себя монотонно (рис.1 (а, б)).

Концентрационные зависимости коэффициента термо-э.д.с. (а)

и удельного электрического сопротивления (б) композита [Cu₂Se]_x[Cu₂O]_100-x

Из полученных в ходе исследований данных расчетным путем были получены значения важной характеристики термоэлектрического материала – генераторной мощности (P) полученных образцов

Значение генераторной мощности образца состава [Cu₂Se]₃₀[Cu₂O]₇₀ при температуре 305 °С равно 7,48701*10^-4 Вт*м/К², что говорит о перспективности синтезированного материала. Для сравнения у материала Bi_0.5Sb_1.5Te₃[Pb] , используемого на данный момент в термоэлектрических генераторах, значение генераторной мощности при той же температуре составляет 14,415*10^-4 Вт*м/К².

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 13-08-97533)

УДК 538.9