Функциональные композиционные материалы для применения в электронике

Целью работы являлось: установление взаимосвязи между условиями активации скорлупы кедрового ореха ортофосфорной кислотой и физико-химическими свойствами получаемых углеродных материалов; исследование влияния кислородсодержащих групп на поверхности углеродных материалов на электрохимические свойства в органическом электролите BMIMBF4/ACN; определение характеристик суперкондесаторных ячеек с электродами из активированных углей и BMIMBF4/ACN электролитом в симметричной и асимметричной конфигурации. Определение химического, фазового и гранулометрического состава коммерческих резистивных паст, исследование характеристик резистивных элементов, изготовленных из этих паст. Разработка методов синтеза лантан содержащих смешанных оксидов со структурой перовскита и оксида олова допированного фторов для использования их в качестве проводящих фаз в резистивных пастах. Проведено патентное исследование с целью определения технического уровня в области синтеза активированных углеродных материалов из биомассы активацией различными агентами для использования в суперконденсаторах. Выявлено, что в синтезе в качестве предшественника может быть использована углеродсодержащая биомасса растительного и животного происхождения. Наиболее распространенным методом синтеза материалов для использования в суперконденсаторах является активация химическая активация с помощью щелочных агентов преимущественно гидроксида калия. Разработана методика синтеза углеродных материалов из скорлупы кедрового ореха активацией ортофосфорной кислотой. Определены условия предобработки смеси скорлупы кедрового ореха с ортофосфорной кислотой, исследовано влияние температуры, времени активации и соотношения компонентов. Предложенный подход позволил получить образцы с удельной поверхностью по БЭТ более 2000 м2/г, высоким выходом и возможностью контролировать пористую структуру. В качестве материалов электродов суперконденсаторов с высокой объемной емкостью были исследованы активированные углеродные материалы, полученные из скорлупы кедрового ореха активацией фосфорной кислотой и гидроксидом калия. Максимальные объемные емкости, полученные для материалов в 3-х электродной ячейке составляют 112,0 Ф/см3 для СК60 и 121,7 Ф/см3 для КМ полианилин/углерод. Полученные значения являются достаточно высокими для такого типа материалов, литературный обзор проводился на первом этапе реализации проекта. Однако исследование данных материалов в реальном устройстве выявило следующие проблемы. СК на основе СК60 в симметричной конфигурации быстро теряет емкость, вероятно, по причине окисления положительного электрода, СК в асимметричной конфигурации с этим материалом не работает, вследствие значительной толщины электрода, что приводит к диффузионным затруднениям и высокому сопротивлению ячейки. СК с композитным материалом при длительных испытаниях теряет 15% емкости за 500 циклов заряжения/разряжения, что было связано с деградацией положительного электрода вследствие накопления непроводящей формы полимера. Таким образом, дальнейшее использование КМ представляется неперспективным. Для электродов на основе углеродных материалов было предложено использование в качестве проводящей добавки многостенных углеродных нанотрубок, для увеличения проводимости материала и обеспечения дополнительных диффузионных путей. Было показано, что оптимальных является введение 5масс% добавки. Исследованы образцы коммерческих резистивных паст на основе соединений рутения и олова, используемых АО «НЗР «Оксид» в производстве чип-резисторов. Был установлен фазовый состав, распределение частиц по размерам. Исследованы характеристики резистивных элементов, полученных из этих паст. Показано, что электропараметры резистивных элементов, полученных с использованием станнатных паст, не удовлетворяют нормам ни при одном из использованных режимов вжигания. Электропараметры резистивных элементов из рутениевых паст при определенных режимах вжигания удовлетворяют нормам. Высказано предположение, что ключевым параметром является соотношение размеров частиц резистивной фазы и стеклянной фритты. Синтезированы лантан содержащие смешанные оксиды со структурой перовскита LaCoO3, LaNiO3, LaCo0.4Ni0.58Zn0.02O3 и допированный фтором оксид олова. Для LaCoO3 и LaCo0.4Ni0.58Zn0.02O3 показано, что при использовании цитратного метода синтеза образуются однофазные образцы. Образец LaNiO3 был синтезирован методами Пекини и цитратным. На данном этапе условия синтеза для формирования однофазного образца не определены. Серия образцов SnO2 и F-SnO2 были синтезированы гидротермальным методом. Было исследовано влияние основания (NaOH NH4OH), рН, на выход, фазовый состав и проводимость образцов. Было показано, что допирование фтором при использовании NH4OH дает наибольшие значения проводимости 1,7 – 2,4 мСм/см. Увеличение рН позволяет увеличить выход продукта, однако при рН> 7 происходит формирование фазы SnO. Установлено, что наиболее перспективной методикой синтеза F-SnO2 является гидротермальным синтез с использованием аммиака при pH = 4.