Формирование металл - углеродных, оксид металл - углеродных наноструктур при плазмохимическом синтезе и при термическом отжиге

Выполнение данного проекта сопряжено с проведением экспериментов и исследованием процессов, происходящих при электродуговом распылении композитных электродов. Состав распыляемых электродов подразумевает содержание графита и добавочных элементов, в качестве которых будут выступать чистые металлы с различающимися физико-химическими свойствами (Ni, Cu, Sn) и их оксиды (NiO, CuO, SnO2). В результате дугового разряда происходит испарение компонентов электродов и формирование плазмо-химической системы. Взаимодействие компонентов плазмохимической системы при удалении из горячей области разряда приводит как к химическим реакциям, так и к физическим процессам зародышеобразования, конденсации, кристаллизации, фазовым превращениям, агломерации. В результате данных процессов происходит формирование наноструктурированных материалов, представляющих собой металлосодержащие наночастицы, запакованные в углеродную матрицу. Вариация таких условий синтеза как количественное содержание металлов и их оксидов в распыляемых электродах, сила тока и давление инертного буферного газа (He) позволяет управлять плазмохимическим синтезом и получать наноматериалы с различными структурными характеристиками и фазовым составом металлосодержащих структур и углеродной компонеты. В том числе возможно получение графеноподобных струкутр. Применение оксидов металлов в составе распыляемых электродов существенно меняет как состав формируемой плазмохимической системы, так и процессы, приводящие к формированию структуры наноматериалов, в результате чего возможно формирование как оксидных наночастиц, так и структур новой формы, таких как металлические нановискеры и наностержни. Проведение экспериментов в данном направлении поможет раскрыть малоизученные процессы, приводящие к формированию подобных структур, а также развить технологию синтеза металло-углеродных наноматериалов с заданными структурными параметрами. Также в данном проекте предполагается исследование взаимного влияния наночастиц металлов (Ni, Cu, Sn) и их оксидов (NiO, CuO, SnO2) с углеродом при термическом нагреве в вакууме, или инертной атмосфере. При этом, возможны процессы восстановления оксидов, образование карбидов (Ni3C, CuC2, Cu2C2), термическое разложение карбидов, кристаллизация углеродной структуры, плавление металлических частиц, сопровождающееся объемным расширением, разрушение углеродной оболочки, слияние жидких капель металлов. При этом вариация температуры отжига будет определять как углеродную структуру, так и фазовый состав и структурные особенности металлосодержащих частиц. Применение синтезированных металло-углеродных композитных материалов в суперконденсаторах позволит выявить структурные эффекты на емкостные и токоразрядные характеристики суперконденсаторов.