Структура й електронні властивості композитного гідроґенізованого титану з термічно розширеним графітом до та після відпалу у вакуумній печі

М. М. Якимчук$^{1}$, Г. Ю. Михайлова$^{1}$, І. Є. Галстян$^{1,2}$, О. Ю. Герасимов$^{1}$, Т. Д. Шатній$^{1}$, М. О. Рудь$^{1}$, Є. Г. Лень$^{1,3}$

$^{1}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^{2}$Institute for Solid State Research, Leibniz IFW Dresden, 20 Helmholtz Str., 01069 Dresden, Germany
$^{3}$Київський академічний університет НАН та МОН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримано: 11.10.2022; остаточний варіант - 21.09.2023. Завантажити: PDF

Попередні дослідження показали, що суміш гідроґенізованого Ti та терморозширеного графіту (ТРГ) як матеріял для катод термофотоемісійних перетворювачів енергії уможливлює істотно понизити температуру початку емісії електронів. В даній роботі досліджено зміну структурного стану й електронних властивостей наноструктурного матеріялу на основі гідроґенізованого титану з 0,53 ваг.% ТРГ за його відпалів за різних температур у вакуумній печі. Шляхом порівняння експериментальних і теоретичних значень електропровідности за різних густин порошкового матеріялу показано, що суміш гідроґенізований Ti–ТРГ може утворювати композит. Причиною цього є вагома роль інтерфейсів між складовими частинами композиту, а також перенесення заряду крізь ці інтерфейси. Встановлено, що короткочасне підвищення температури істотно та необоротньо змінює структуру кожної окремої складової композиту та її електропровідність; проте композит під час такого нагрівання не демонструє значних необоротніх змін, оскільки його структура й електрофізичні властивості є результатом одночасної дії багатьох стимульованих підвищеною температурою процесів. Показано, що тривалий відпал (упродовж 1,5 год.) матеріялу у вакуумній печі за $\cong$ 700 К і 900 К позбавляє даний композит вищеописаної термічної стабільности. Встановлено, що питома електропровідність композиту зростає після тривалого відпалу у вакуумі за температури у 700 К, а зі збільшенням температури відпалу до 900 К зменшується порівняно з попереднім випадком. За результатами аналізи температурних залежностей питомої електропровідности встановлено енергії активації електрокінетичних явищ у досліджуваному матеріялі та вперше експериментально доведено важливу роль електронної підсистеми в утворенні композиту та зміні його властивостей за різних термічних впливів, що важливо для створення «холодних» емітерів електронів.

Ключові слова: композитний матеріял, терморозширений графіт, гідроґенізований титан, електропровідність, термооброблення, термофотоемісійний перетворювач енергії.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v45/i09/1041.html

PACS: 72.80.Tm, 73.30.+y, 73.40.-c, 79.60.Jv, 79.70.+q, 81.05.U-, 81.40.Rs


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. K. A. Abdul Khalid, T. J. Leong, and K. Mohamed, IEEE Transactions on Electron Devices, 63, No. 6: 2231 (2016). Crossref
  2. M. F. Campbell, T. J. Celenza, F. Schmitt, J. W. Schwede, and I. Bargatin, Advanced Science, 8, No. 9: 2003812 (2021). Crossref
  3. O. C. Olawole, D. K. De, S. O. Oyedepo, O. F. Olawole, and E. S. Joel, Current Science, 118, No. 4: 543 (2020). Crossref
  4. M. C. James, F. Fogarty, R. Zulkharnay, N. A. Fox, and P. W. May, Carbon, 171: 532 (2021). Crossref
  5. I. Ye. Galstian, E. G. Len, E. A. Tsapko, H. Yu. Mykhaylova, V. Yu. Koda, M. O. Rud, M. Ya. Shevchenko, V. I. Patoka, M. M. Yakymchuk, G. O. Frolov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 42, No. 4: 451 (2020). Crossref
  6. I. M. Sydorchenko, N. A. Shevchenko, Ye. A. Tsapko, I. Ye. Galstan, H. Yu. Mykhaylova, and E. G. Len, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 43, No. 12: 1707 (2021). Crossref
  7. H. Yu. Mykhaylova, E. G. Len, I. Ye. Galstyan, E. A. Tsapko, O. Yu. Gerasymov, V. I. Patoka, I. M. Sidorchenko, and M. M. Yakymchuk, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 42, No. 4: 575 (2020). Crossref
  8. H. Yu. Mykhailova, Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr., No. 5: 54 (2021). Crossref
  9. H. Yu. Mykhailova, E. G. Len, M. M. Yakymchuk, V. A. Dekhtyarenko, I. Ye. Galstian, M. Ya. Shevchenko, O. Yu. Gerasymov, E. A. Tsapko, V. I. Patoka, and M. O. Rud, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 44, No. 11: 1523 (2022). Crossref
  10. M. V. Tsarev, V. V. Mokrushin, A. V. Stengach, I. K. Kremzukov, D. G. Ivanov, Issledovaniye Protsessa Okisleniya Poroshka Gidrida Titana Metodom Kontrolya Yego Elektricheskogo Soprotivleniya, Materialy Konferentsii ‘Vzaimodeystvie Izotopov Vodoroda s Konstruktsionnymi Materialami—HISM 08’ (2008), p. 197–201.
  11. V. I. Odelevskiy, Zhurnal Tekhnicheskoy Fiziki, 21, Iss. 6: 667 (1951).
  12. V. V. Mokrushin and M. V. Tsarev, International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 16, No. 2: 96 (2007). Crossref
  13. Eh. A. Bel’skaya and Ye. Yu. Kulyamina, Teplofizika Vysokikh Temperatur, 45, No. 6: 862 (2007).
  14. I. Galstian, H. Yu. Mykhailova, and E. G. Len, The Effect of Hydrogen Content on Electrophysical Properties of Hydrogenated Titanium–Thermally Expanded Graphite Composites, 06 July 2023, PREPRINT. Crossref
  15. V. P. Zhukov and E. V. Chulkov, Physics of the Solid State, 56: 1302 (2014). Crossref
  16. M. G. Vergniory, L. Elcoro, C. Felser, N. Regnault, B. A. Bernevig, and Z. Wang, Nature, 566: 480 (2019). Crossref
  17. C. Persson and A. Ferreira da Silva, Appl. Phys. Lett., 86: 231912 (2005). Crossref
  18. D. V. Gritsenko, S. S. Shaĭmeev, V. V. Atuchin, T. I. Grigor’eva, L. D. Pokrovskiĭ, O. P. Pchelyakov, V. A. Gritsenko, A. L. Aseev, and V. G. Lifshits, Physics of the Solid State, 48: 224 (2006). Crossref