Електричні та механічні властивості композитів Ti–вуглецеві нанотрубки

Г. Ю. Михайлова$^{1}$, Є. Г. Лень$^{1,2}$, І. Є. Галстян$^{1}$, Є. А. Цапко$^{1}$, О. Ю. Герасимов$^{1}$, В. І. Патока$^{1}$, І. М. Сидорченко$^{1}$, М. М. Якимчук$^{1}$

$^{1}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^{2}$Київський академічний університет НАН та МОН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримано: 24.01.2020. Завантажити: PDF

В залежності від концентрації багатошарових вуглецевих нанотрубок (ВНТ) та ступеня стиснення зразків досліджено механічні та електричні властивості порошкових наносистем Ti–ВНТ, одержаних механічним перемішуванням. Аналіз зазначених властивостей показав їх якісні і кількісні зміни в діапазоні концентрацій 1,5–33% мас. ВНТ. Ці зміни свідчать про утворення композитів. Так, електропровідність композитів значно відрізняється як від відповідних значень для вихідних компонент, так і від усереднених значень, очікуваних для класичної суміші. Цей ефект обумовлено переносом вільних електронів з металу до ВНТ, співставною кількістю електричних контактів між складовими елементами композиту різної (метал–ВНТ) й однієї (переважно ВНТ–ВНТ) природи та конкуренцією між кількостями тунельних та омічних контактів. Показано, що попереднє оброблення деформацією стискання дозволяє збільшити максимальне значення електропровідності композиту у $\cong$1,5 рази завдяки злипанню за великих тисків ВНТ і частинок металу. Це при наступному подрібненні та навантаженні порошкового матеріалу призводить до зменшення кількості прямих контактів між частинками металу та до зростання числа контактів між ВНТ з підвищеною концентрацією у них вільних носіїв заряду. Такі наноструктуровані матеріали є перспективними для створення електродів для «холодних» фототермоемісійних перетворювачів енергії.

Ключові слова: багатошарові вуглецеві нанотрубки, титан, механічні властивості, електропровідність, оброблення тиском, механічна суміш, композит.

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

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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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).