Разработка и оптимизация технологий получения инновационных функциональных материалов

Объекты исследования: Керамические материалы, в том числе наноструктурированные, на основе YBCO, BiFeO3, и интерметаллид Ti67Al33. Процессы их спекания и термообработки; структура и свойства; зарядовые возбуждения их релаксация в неметаллических материалах. Нанопленки на основе TiNxC, SixCxO, SiCxNO и др., режимы их термообработки. Цель исследования: 1. Получение керамик с градиентной пористостью и свойствами на основе YBCO. 2. Получение керамик BiFeO3 с различной кислородной стехиометрией и замещениями. 3. Разработка метода задания абсолютных значений электросопротивления в объемном образце Ti67Al33. 4. Разработка технологии получения тонких пленок TiNxC, SixCxO, SiCxNO методом АСО с последующей оптимизацией для создания компонентов электронной техники и термостойких и сверхтвердых покрытий. Описание задачи: 1. Исследование структуры и свойств полученных материалов на основе YBCO в широкой области температур и фазовых состояний. Анализ результатов исследования, с учетом особенностей структуры исследуемых материалов и их интерпретация. 2. Исследование структуры и свойств полученных материалов на основе BiFeO3 в широкой области температур, фазовых состояний и влияния примесей на структуру и свойства Анализ результатов исследования, с учетом особенностей структуры исследуемых материалов и их интерпретация на основе существующих теоретических подходов и моделей. Установление корреляционных связей структура – свойства и разработки рекомендаций по созданию высокоэффективных материалов. 3. Исследование структуры и свойств интерметаллида Ti67Al33. 4. Получение тонких пленок на основе TiNxC, SixCxO, SiCxNO методом АСО. Подбор режимов термообработки тонких пленок на основе TiNxC, SixCxO, SiCxNO. В результате выполнения работы: Показано, что изменения: технологических параметров при получении нанокерамических материалов, пористости, дисперсности, средних значений кислородного индекса, а также типа проводимости, не нарушают линейной зависимости между уровнем допирования и температурным коэффициентом электросопротивления YBCO. Это обусловлено распадом в нем основной сверхпроводящей фазы на сверхпроводящие фазы с различной стехиометрией по кислороду, в процессе наноструктурирования. Установленная линейная зависимость между уровнем допирования и температурным коэффициентом электросопротивления YBCO, позволяет оценить значение одного из этих параметров YBCO по известному другому. Эффект низких значений критического тока в сверхпроводящей нанокерамике, наряду с отсутствием в этих материалах градиента потенциала, позволит реализовать процессы передачи электрических сигналов при, исчезающе, малом значении магнитной индукции. Развиты представления Слэтера о формировании элементарных зарядовых возбуждений в конденсированной среде, являющейся совокупностью поляризованных ионов, атомов, молекул. Установлена определяющая роль изменения параметров решетки в формировании проводимости YBCO как при изменении температуры, так и при изменении содержания кислорода. Показана возможность получения сверхпроводящей керамики YBCO, в один этап спекания, с заданными градиентами пористости и сопротивления в нормальном состоянии. Показано, что увеличение содержания самария в BFO, приводит к структурным искажениям. Размеры кристаллитов и объем элементарной ячейки уменьшаются. При увеличении степени замещения, ширина запрещенной зоны уменьшается. Это свидетельствует о том, что повышение плотности упаковки приводит к возрастанию зарядовых возбуждений в системе. Такое же наблюдается и для YBCO, которому так же свойственна рыхлая упаковка. Замещение самарием приводит к фазовым переходам в BFO с образованием морфотропных межфазных границ. Полярная ромбоэдрическая R3c фаза (доля самария 10%) переходит в антиполярную орторомбическую фазу Pbam. При 15% замещении система состоит из антиполярной орторомбической Pbam и неполярной орторомбической Pnma фаз. В увеличении фотокаталитической активности образцов BFO (с 10 и 15% замещением) решающее значение имеют процессы межфазной поляризации на границах морфотропного фазового перехода. Внутреннее электрическое поле, образующееся на этих границах, способствует эффективному разделению фотогенерированных носителей заряда. Разработан способ получения керамики феррита висмута со 100% фазой BiFeO3, путем компактирования микро- и нанопорошков. Установлена возможность получения ряда керамических материалов с 100% содержанием фазы BFO и различной дисперсностью частиц. На основе полученной базы экспериментальных данных по температурным зависимостям электросопротивления и теплового расширения, а так же структуре интерметаллида Ti67Al33, показано, что после различных термообработок, обеспечивающих изменение структуры, в результате диффузионных фазовых переходов, он возвращается в одно из равновесных состояний, т.е. сплав обладает свойством "памяти сопротивления". Установлено наличие корреляции температурных коэффициентов электросопротивления и объемного теплового расширения, отнесенного к температуре, после его различных термообработок. Температурные зависимости отношений этих параметров демонстрируют критическое поведение при температурах перехода от металлического типа проводимости к полупроводниковому и, обратно. Методом термического атомно-слоевого осаждения (AСО) синтезированы нанопленки TiO2, легированные ванадием, а так же нанопленки на основе TiNxC, SixCxO, SiCxNO, TiMoOx. Предложены рекомендации по оптимизации режимов получения тонких пленок на основе TiNxC, SixCxO, SiCxNO. Нанопленка из V-легированного TiO2, выращенная на полипропиленовых сетках, покрытая слоем Al2O3 (Al2O3 + TiVOx), обладает антибактериальными свойствами. Впервые синтезированы гетероэпитаксиальные и конформные пленки 3C-SiC(111) на Si(111) пиролизом полиамида MLD на Si(111).