Электрические и механические свойства композитов Ti–углеродные нанотрубки

Г. Ю. Михайлова$^{1}$, Е. Г. Лень$^{1,2}$, И. Е. Галстян$^{1}$, Е. А. Цапко$^{1}$, А. Ю. Герасимов$^{1}$, В. И. Патока$^{1}$, И. М. Сидорченко$^{1}$, Н. Н. Якимчук$^{1}$

$^{1}$Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
$^{2}$Киевский академический университет НАН и МОН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина

Получена: 24.01.2020. Скачать: PDF

В зависимости от концентрации многослойных углеродных нанотрубок (УНТ) и степени сжатия образцов исследованы механические и электрические свойства порошковых наносистем Ti–УНТ, полученных механическим перемешиванием. Анализ указанных свойств показал их качественные и количественные изменения в диапазоне концентраций 1,5–33% масс. УНТ. Эти изменения свидетельствуют об образовании композитов. Так, электропроводность композитов значительно отличается как от соответствующих значений для исходных компонент, так и от усреднённых значений, ожидаемых для классической смеси. Этот эффект обусловлен переносом свободных электронов из металла в УНТ, сопоставимым количеством электрических контактов между составляющими элементами композита разной (металл–УНТ) и одной (преимущественно УНТ–УНТ) природы и конкуренцией между количествами туннельных и омических контактов. Показано, что предварительная обработка деформацией сжатия позволяет увеличить максимальное значение электропроводности композита в $\cong$1,5 раза благодаря слипанию при больших давлениях УНТ и частиц металла. Это при последующем измельчении и нагружении порошкового материала приводит к уменьшению количества прямых контактов между частицами металла и к росту числа контактов между УНТ с повышенной концентрацией в них свободных носителей заряда. Такие наноструктурированные материалы являются перспективными для создания электродов для «холодных» фототермоэмиссионных преобразователей энергии.

Ключевые слова: многослойные углеродные нанотрубки, титан, механические свойства, электропроводность, обработки давлением, механическая смесь, композит.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v42/i04/0575.html

PACS: 61.48.De, 62.23.Pq, 72.80.Tm, 72.80.Vp, 73.63.Fg, 81.07.De


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. Zh. Yao, H. W. Ch. Postma, L. Balents, and C. Dekker, Nature, 402: 273 (1999). Crossref
  2. S. A. Curran, J. Talla, S. Dias, D. Zhang, and D. Carroll, J. Appl. Phys., 105: 073711 (2009). Crossref
  3. K. Ahmad, W. Pan, and S. L. Shi, Appl. Phys. Lett., 89: 133122 (2006). Crossref
  4. J. K. W. Sandler, J. E. Kirk, I. A. Kinloch, M. S. P. Shaffer, and A. H. Windle, Polymer, 44: 5893 (2003). Crossref
  5. M. B. Bryning, M. F. Islam, J. M. Kikkawa, and A. G. Yodh, Adv. Mater., 17: 1186 (2005). Crossref
  6. E. Kymakis, I. Alexandou, and G. A. Amaratunga, Synthetic Metals, 127: 59 (2002). Crossref
  7. M. B. Bryning, D. E. Milkie, M. F. Islam, J. M. Kikkawa, and A. G. Yodh, Appl. Phys. Lett., 87: 161909 (2005). Crossref
  8. I. Balberg, Carbon, 40: 139 (2002). Crossref
  9. M. Foygel, R. D. Morris, D. Anez, S. French, and V. L. Sobolev, Phys. Rev. B, 71: 104201 (2005). Crossref
  10. I. Balberg, Phys. Rev. Lett., 59: 1305 (1987). Crossref
  11. Ch. Li, E. T. Thostenson, and T.-W. Chou, Appl. Phys. Lett., 91: 223114 (2007). Crossref
  12. J. G. Simmons, J. Appl. Phys., 34: 1793 (1963). Crossref
  13. Q. Li, Ch. A. Rottmair, and R. F. Singer, Composites Sci. Technol., 70: 2242 (2010). Crossref
  14. Е. В. Ануфриева, М. Г. Краковяк, Физика твердого тела, 44, вып. 3: 443 (2002). Crossref
  15. А. В. Елецкий, Б. М. Смирнов, Успехи физических наук, 163, № 2: 33 (1993). Crossref
  16. J. Keith Nelson, Dielectric Polymer Nanocomposites (Springer Science & Business Media: 2009). Crossref
  17. Полипропилен (Ред. В. Пилипского, И. Ярцева) (Москва: Химия: 1967).
  18. Р. Х. Хисамов, К. С. Назаров, Л. Р. Зубаиров, А. А. Назаров, Р. Р. Мулюков и др., Физика твердого тела, 57, № 1: 37 (2015). Crossref
  19. R. M. Sundaram, A. Sekiguchi, M. Sekiya, T. Yamada, and K. Hata, R. Soc. Open Sci., 5, Iss. 11: 180814 (2018). Crossref
  20. S. R. Bakshi, D. Lahiri, and A. Agarwal, Carbon Nanotubes Reinforced Metal Matrix Composites (Boca Raton: CRC Press: 2011).
  21. A. Bachmaier and R. Pippan, International Mater. Rev., 53, No. 1: 41 (2013). Crossref
  22. T. Yildirim and S. Ciraci, Phys. Rev. Lett., 94: 175501 (2005). Crossref
  23. E. Durgun, Phys. Rev. Lett., 97: 226102 (2006). Crossref
  24. J. Kong, Science, 287: 622 (2006). Crossref
  25. P. G. Collins, Science, 287: 1801 (2000). Crossref
  26. Guo‐ran Li, Feng Wang, Qi‐wei Jiang, Xue‐ping Gao, and Pan‐wen Shen, Carbon, Advantante Chemie, 49: 3653 (2010). Crossref
  27. Kh. S. Munir, P. Kingshott, and C. Wen, Critical Rev. Solid State Mater. Sci., 40: 38 (2015). Crossref
  28. S. Sharma, P. Kumar, and R. Chandra, J. Composite Mater., 52, Iss. 29: 4117 (2018). Crossref
  29. М. М. Нищенко, Г. Ю. Михайлова, Е. И. Архипов, В. Ю. Кода, Г. П. Приходько, Ю. И. Семенцов, Металлофиз. новейшие технол., 31, № 4: 437 (2009).
  30. G. Yu. Mikhailova M. M. Nishchenko V. N. Pimenov E. E. Starostin, and V. I. Tovtin, Inorganic Mater.: Appl. Res., 10, No. 5: 1052 (2019). Crossref
  31. М. М. Нищенко, Г. Ю. Михайлова, Б. В. Ковальчук, И. М. Сидорченко, В. В. Аникеев, Н. А. Шевченко, В. М. Порошин, Г. П. Приходько, Металлофиз. новейшие технол., 40, № 2: 169 (2018). Crossref
  32. S. Zhang, Ch. Ji, Zh. Bian, R. Liu, X. Xia, D. Yun, L. Zhang, Ch. Huang, and A. Cao, Nano Lett., 11: 3383 (2011). Crossref
  33. М. М. Нищенко, Г. Ю. Михайлова, М. Я. Шевченко, Патент на корисну модель: № 94148; заяв. 16.06.2014 (Опубл. 27.10.2014, Бюл. 20).
  34. Д. В. Соколов, Н. А. Давлеткильдеев, И. А. Лобов, Омский научный вестник, 159, № 3: 114 (2018). Crossref
  35. Е. Е. Привалов, Основы электроматериаловедения: учебное пособие (Москва; Берлин: Директ-Медиа: 2017).