Основные результаты на 2020 год.
Получены микро- и нанопорошки на основе YBCO и BiFeO3 и выполнены исследование их морфологии, структуры и фазового состава. Установлены оптимальные технологические параметры синтеза нанопорошков этих соединений.
Установлено, что на интервале между ~ 490 °С и ~618 °С в нанопорошка YBCO, полученном методом сжигания нитрат-органических прекурсоров происходит разложение нитрата бария до оксида бария и образование карбоната бария со средним размером кристаллитов <D> ~ 52,7 нм, а также незначительное увеличение <D> для частиц CuO в исходном порошке от 13,8 до 22,2 нм. На участке кривой ДСК от ~843 °C до 905 °C обнаруживается процесс образования ~ 70% фазы YBa2Cu3O6,9 и уменьшением содержания карбоната бария до ~ 3%, а так же повышение кислородного индекса (до 6,9). Дальнейший нагрев до 910°C приводит к росту количества основной фазы YBa2Cu3O6,9, содержание которой сохраняется до 920°С. Количество (~80%) сверхпроводящей фазы (YBа2Cu3O6,9) после термообработки при 910 оС и 915 оС практически постоянно. Выше 920 °С наблюдается снижение кислородного индекса.
Показано что, задавая определенное содержание глицерина в водном растворе нитратов и соответствующей термообработке исходного нанопорошка YBCO можно получать наноструктурированную сверхпроводящую керамику с различной пористостью без связующих добавок. При содержании глицерина в количестве 0,72% получаются максимально и минимально пористые керамики YBCO из одного и того же порошка, подвергнутого оптимальным низко- и высокотемпературным обработкам.
Получены номинально чистые (98% основной фазы) микро- и нанопорошки BiFeO3 структура которых относится к ромбоэдрически искаженной структуре перовскита R3c.
Представлены результаты исследований фазового состава морфологии и структурные нанопорошков BiFeO3 полученных по простой энергоэффективной технологии синтеза, основанного на методе сжигания нитрат-органических прекурсоров Установлен оптимальный режим термообработки для получения номинально чистой фазы BiFeO3.
Получены тонкие пленок на основе Al2O3, TiO2, методом АСО и выполнены исследования их морфологии и структуры.
Разработана ALD технология нанесения пассивационного слоя Al2O3 на поверхности кремниевых фотоэлементов, с использованием экономически выгодных прекурсоров (ТБА и воды), обеспечивающих высокую однородность и конформость, а также низкий уровень примесей в осажденных пленках.
Разработана ALD технология синтеза ряда новых наноструктурированных титан-ванадиевых оксидных пленок Ti0.9V0.1O3 и Ti0.5V0.5O3 с использованием галогенидов TiCl4, VOCl3 и H2O
Исследованы (in-situ) электросопротивления и теплового расширения интерметаллида Ti67Al33 после закалок и отжигов от различных температур. Показано, что при соответствующих термообработках образец возвращается примерно к одному из равновесных состояний со значениями температурных зависимостей электросопротивления и коэффициента теплового расширения r(Т) и a(Т) в интервалах от 1.88‧10-6 до 1.97‧10-6 (Om‧m) и от 9‧10-6 до 15‧10-6 (K-1) соответственно.
Установлено наличие корреляции между термическим коэфициентом электросопротивления и термическим коэффициентом расширения в интервале температур от комнатных до 1000К, где тип проводимости сменяется от металлического к полупроводниковому и обратно к металлическому.
Основные результаты на 2021 год.
Показана и обоснована линейная связь уровня допирования (p) с температурным коэффициентом электросопротивления (TCR) для 20 наноструктурированных сверхпроводящих керамик на основе YBCO. Эта зависимость не нарушается при различных: технологических режимах получения нанопорошков и керамики из них; пористости и дисперсности частиц керамик; средних значений кислородного индекса и типа проводимости в нормальной фазе (металлического или полупроводникового).
Показано наличие корреляций между p и ТCR с ΔTc. Для интерпретации связи p и ТCR, установленной на основе этих корреляций, использованы слэтеровские представления о формировании элементарных зарядовых возбуждений в конденсированной среде, представляющей собой систему взаимодействующих поляризованных ионов и атомов. Результаты выполненных исследований будут востребованы при прогнозировании формирования TCR для наноструктурированных керамик YBCO с градиентном пористости, абсолютных значений ρ и Тс.
Для формирования структуры монокристалла YBCO с заданным значением кислорода использован метод, заключающийся в погружении образцов в микрокристаллический порошок. Обработка образцов монокристаллов осуществлялась при температуре 500°C в течение 10 часов. Показано, что после насыщения кислородом меняется характер сопротивления от температуры с полупроводникового на металлический. Установлено, что такая обработка приводит к уменьшению ширины перехода в сверхпроводящее состояние.
Изготовлены керамические образцы состава BFO. Исследованы структура, диэлектрические характеристики и ac-проводимость образцов керамик. Обнаружена аномалия вблизи 310 °С на зависимостях ε'(T). Показано, что ниже ∼ 350 °C в области низких частот (<10 кГц) σ почти не зависит от частоты и идентифицируется как проводимость на постоянном токе σdc, а при более высоких частотах она описывается степенной функцией σ ∼ ωs. В области более 100 кГц поведение проводимости согласуется с представлениями модели коррелированных барьерных прыжков носителей заряда.
Обнаружено корреляция температурного коэффициента электрического сопротивления и теплового расширение интерметаллида Ti67Al33 в метастабильном и стабилизированном состояниях. Эта связь универсальна, поскольку сохраняется при переходах из одного состояния в другое. Показано, что аномалии, связанные с конкуренцией между металлической и полупроводниковой типами проводимости, наблюдаемые на температурных зависимостях электрического сопротивления, теплового расширения и теплоемкости совпадают. Установленные корреляции приводят возможности получения простого универсального зависимости и расшифровки механизма формирования температурной зависимости электрического сопротивление материалов со смешанным типом проводимости.
Синтезированы гибридные органо-неорганические силоксан-алюминиевые пленки методом МСО с использованием циклически чередующихся поверхностных реакций в температурном интервале от 120 до 200 °C. Показан линейный рост SiAlCHO пленки и самоограничивающийся характер поверхностных реакций. Постоянная роста и значения плотности для пленок SiAlCHO, синтезированных при 150 и 200 °C, составили: 1,4 Å/цикл и 1,9 г/см3; 1,6 Å/цикл и 2,2 г/см3 соответственно. Постоянная роста сшитой силоксан-алюминиевой пленки составила ~1,8 Å/цикл, а плотность – 2,5 г/см3. Выполнена оценка антибактериальных свойств титан-ванадиевых оксидных покрытий.
Основные результаты на 2022 год.
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 также 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 также 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)
