Анотація до роботи:

Іващук Л.І. Структурний стан вуглецевих наноматеріалів, отриманих електророзрядними методами – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, Київ, 2009.

У роботі досліджені вуглецеві наноматеріали (ВНМ) – фулереноподібні кластери, вуглецеві нанотрубки, наноалмази і аморфний вуглець з різним типом ближнього порядку, – одержані високоенергетичними електророзрядними методами, а саме методом електричного вибуху провідників (ЕВП) і електричного пробою органічних рідин (ЕПОР).

Проведені структурно-фазові і спектроскопічні дослідження показали, що фазовий склад ВНМ, одержаних методом ЕВП графіту в різних середовищах (толуол, гексан, етанол), залежить від величини введеної в графіт енергії. При цьому середовище впливає тільки на швидкість охолодження продуктів електровибуху. В процесі електровибуху графітового провідника відбувається його руйнування на атоми або окремі фрагменти, величина яких залежить від співвідношення введеної в провідник енергії w до w_s – енергії сублімації графіту. Якщо w >> w_s, то продукти синтезу міститимуть суміш графіту і наноалмази; при w w_s – суміш графіту і лонсдейліту; при w < w_s – суміш аморфного вуглецю і фулеренів або нанотрубок (залежно від величини фрагментів графенових листів).

При отриманні ВНМ методом ЕПОР провідну роль грає ступінь гібридизації атомів вуглецю в молекулі використовуваних вуглеводнів. Так, при використанні як джерела вуглецю гасу (суміш вуглеводнів з різном ступенем гібридизації, але з переважанням атомів вуглецю в sp²-стані), отриманий аморфний вуглець матиме графітоподібний тип ближнього порядку, а у разі циклогексану (атоми вуглецю в sp³-стані) – алмазоподібний тип. Причому, як показало вивчення процесу графітизації аморфного вуглецю, графітоподібний аморфний вуглець має стійку структуру аж до 1500 С, а алмазоподібний починає графітизуватися вже при 500 С.

Дисертацію присвячено вивченню фазового складу і структурного стану вуглецевих наноматеріалів, отриманих електророзрядними методами, а також встановленню кореляційних залежностей між фазовим складом ВНМ, отриманих методом ЕВП, і енергетичними параметрами електричного вибуху та структурним станом аморфного вуглецю, отриманого методом ЕПОР, і типом робочого середовища. Основні результати роботи можуть бути сформульовані таким чином:

1. Вперше показано, що за допомогою високоенергетичних електророзрядних методів можна отримувати практично весь спектр вуглецевих наноматеріалів: фулереноподібні кластери, нанотрубки, наноалмази та аморфний вуглець.

2. Встановлено, що фазовий склад вуглецевих наноматеріалів, одержаних методом електричного вибуху провідників, визначається, головним чином, свівідношенням введеної в графітовий провідник енергії і енергії сублімації графіту.

3. Запропоновано механізм формування різних алотропних модифікацій вуглецю (фулеренів, нанотрубок, наноалмазів, аморфного вуглецю) в процесі електричного вибуху провідника.

4. Встановлено, що вуглецеві нанотрубки і фулерени формуються в процесі електричного вибуху з фрагментів графенових листів, що утворюються в результаті руйнування шаруватої структури графітового провідника в тому випадку, коли введена в провідник енергія суттєво менша за енергію сублімації графіту.

5. Встановлено, що наноалмази отримуються при вибуху графітового провідника шляхом переходу графітрідинаалмаз, який реалізується в тому випадку, коли введена в провідник енергія суттєво перевищує енергію сублімації графіту.

6. Показано, що тип ближнього порядку аморфного вуглецю, отриманого за допомогою електророзрядної обробки рідин, що містять вуглець, визначається ступенем гібридизації атомів вуглецю в молекулах рідини. У випадку використання середовища з sp²-гібридизацією, аморфний вуглець матиме графітоподібний тип ближнього порядку. У випадку використання рідини з sp³-гібридизацією, аморфний вуглець матиме алмазоподібний тип ближнього порядку. Причому важливу роль відіграє також і структура молекули вуглеводню. Так, частка атомів вуглецю, що знаходяться в стані sp³-гібридизації, була найбільшою у випадку використання циклогексану, що має структуру молекули, подібну до шестиланкового кільця в структурі алмазу.

7. Показано, що при відпалі у вакуумі до 1500 ^оС не відбувається значних змін в структурному стані графітоподібного аморфного вуглецю, тобто він відноситься до класу, що не графітизується, тоді як алмазоподібний аморфний вуглець починає графітизуватися вже при 500 С.

Публікації автора:

1. Different states of carbon produced by high-energy plasmochemistry synthesis / A. D. Rud, A. E. Perekos, V. M. Ogenko, A. P. Shpak, V. N. Uvarov, K. V. Chuistov, A. M. Lakhnik, V. Z. Voynash, L.I. Ivaschuk // J. Non-Crystalline Solids – .

2. Электровзрывные методы синтеза углеродных наноматериалов / Н. И. Кускова, А. Д. Рудь, В. Н. Уваров, Л. И. Иващук, А. Е. Перекос, Л. З. Богуславский, В. И. Орешкин // Металлофиз. и новейшие технологии. – 2008 – Т.30, –С. 833-847.

3. Порівняльна аналіза мікроструктурних характеристик порошкових матеріялів, проведена за допомогою ріжних рентґенодифракційних метод / Л. І. Іващук, О. Д. Рудь, А. М. Лахник // Металлофиз. и новейшие технологии. – 2006. –Т.28, –С. 285-294.

4. Применение электроразрядных методов для получения углеродных наноматериалов / А. Д. Радь, А. Е. Перекос, А. П. Шпак, В. Н. Уваров, Л. И. Иващук, Н. И. Кускова // Физика экстремальных состояний вещества – 2006 / под. ред. В.Е. Фортова [и др.]. – Черноголовка: Ин-т проблем химической физики РАН.– 2006. – С. 242-244.

5. Новые электровзрывные методы получения углеродных наноматериалов / Н. И. Кускова, А. Д. Рудь, А. Е. Перекос, В. Н. Уваров, Л. З. Богуславский, Л. И. Иващук, В. А. Мельникова // Наночастицы в конденсированных средах / под ред. П.А. Витязя [и др.]. – Минск: Изд. центр БГУ, 2008 – С. 251-254.

6. New Electorexplosion Methods for Synthesis of Nanocarbon / Rud A.D., Kuskova N.I., Ivaschuk L.I., A.E. Perekos, V.N. Uvarov, L.Z. Boguslavskii, V.I. Oreshkin // 9-th Int. сonf. on modification of materials with particle beams and plasma flows, 21 – 26 sept. 2008, Tomsk, Russia // edited by Nikolai Koval and Alexander Ryabchikov –Tomsk: Publishing hous of the IAO SB RAS, 2008, P. 687-689.

7. Рудь А.Д. Электрофизические методы получения углеродных наноматериалов / А. Д. Рудь, А. Е. Перекос, А. П. Шпак, В. Н. Уваров, Н. И. Кускова, Л. И. Иващук // Физика импульсных разрядов в конденсированных средах: ХІІ междунар. науч. школы-семинара, 22 – 26 авг., 2005 г.: материалы конф. – Николаев: КП «Николавевская областная типография», 2005. – С. 38-40.

8. Рудь А.Д. Структурное состояние углеродных наноматериалов, полученных при помощи электровзрывных методов / А. Д. Рудь, Л.И. Иващук, А.Е. Перекос, В. Н. Уваров, Н. И. Кускова // Физика импульсных разрядов в конденсированных средах: ХІІІ междунар. науч. школа-семинар, 21 – 25 авг., 2007 г.: материалы конф. – Николаев: КП «Николавевская областная типография», 2007. – С. 73-74.