?>
Основные научные результаты 2015-2018 гг.
Предложена модель, объясняющей прочность агломератов алмазных наночастиц, получаемых промышленным методом детонационного синтеза из углерода взрывчатых веществ. Модель позволила развить лабораторную технологию получения стабильных гидрозолей алмазных наночастиц со средним размером 4-5 нм как с положительным, так и отрицательным электрокинетическими потенциалами. Технология имеет мировой приоритет, защищена тремя российскими патентами. Экспериментально подтверждена применимость разработанной технологии для получения стабильных гидрозолей с указанными параметрами при использовании промышленного порошка детонационных наноалмазов от различных производителей (Россия, Белоруссия, Китай, Япония).
Развит метод модификации поверхности 4-5 нм алмазных наночастиц ионами редких земель. Метод имеет мировой приоритет.
Обнаружен эффект формирования алмазных монокристаллов микронных размеров из 4-5 нм алмазных наночастиц путем обработки при высоких давлениях и температурах, предложена модель этого эффекта и способ воспроизводимого получения совершенных алмазных монокристаллов с размерами 0.1-10 мкм из алмазных наночастиц детонационного синтеза. Способ защищен российским патентом.
Обнаружены и объяснены аномальные реологические свойства гидрозолей и гидрогелей алмазных наночастиц, полученных методом детонационного синтеза. Предложена качественная модель, объясняющая золь-гель фазовый переход при низкой 4-5 вес.% концентрации алмазных наночастиц.
Развита теория изменения механизма теплопроводности при переходе от композитов из микрочастиц к композитам из наночастиц. Показано и экспериментально подтверждено, что в композитах на основе наночастиц основным механизмом теплосопротивления является теплосопротивление границ между областями с sp2 и sp3 гибридизацией атомов углерода.
Методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) диагностированы краевые π-электронные состояния в микролистах перфорированного графена с размером отверстий до 15 нм, демонстрирующих сильную каталитическую активность в реакциях восстановления кислорода ряда органических веществ, например, при восстановлении нитробензола до анилина. Последнее связано с уникальным свойством зигзагообразных краев графена выступать в качестве доноров электронов молекулярным агентам, находящимся около таких краев.
Впервые получен порошок гибридного материала детонационный наноалмаз углеродные нанотрубки. Методами СЭМ, рентгеноструктурного анализа, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и динамического светорассеянья было доказано формирование углеродных нанотрубок непосредственно на поверхности детонационных наноалмазов.
Рассмотрены механизмы упрочнения металлической матрицы углеродными наноструктурами. Проведено сравнение расчетных и экспериментальных данных для образцов на основе алюминия и меди. Показано, что упрочнение композитов, в основном происходит за счет уменьшения размера зерна. Как для медных образцов, так и для алюминиевых, при условии отсутствия карбидной фазы, результаты хорошо описываются соотношением Холла-Петча. При образовании карбида на поверхности раздела фаз алюминий углеродное волокно, упрочнение происходит по механизму образования новой фазы Al4C3.
Разработан метод получения 2D углеродных структур путем карбонизации природных биополимеров в условиях самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. С использованием данных спектроскопии комбинационного рассеяния, рентгенографии, электронной микроскопии, дополненных данными гелиевой пикнометрии и тепловой десорбции азота доказано соответствие структуры полученного материала структуре многослойного графена.
Предложено объяснение сдвига частоты пика комбинационного рассеяния. Показано, что минимальный возможный волновой вектор, фонона в наночастице, приближенно равен π/L, где L характерный размер частицы. Так как максимальная частота колебаний оптических ветвей колебаний достигается при нулевом значении волнового вектора, в наночастицах максимальная частота колебаний оказывается меньше, чем в кристаллах большого размера. Приведена формула, связывающую величину сдвига с размером частицы, не содержащую неопределенных параметров.
Методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) в нанокристаллах алмаза, полученных спеканием детонационного алмаза в условиях высоких давлений и температур, обнаружено формирование примесного триплетного центра (S = 1) с уникальной сверхтонкой структурой спектра ЭПР, состоящего из пяти близко расположенных линий. Спектр наблюдается в области половинного магнитного поля g = 4 и формируется двумя примесными атомами азота. Расстояние между атомами азота в паре не превышает постоянной решетки алмаза. Определены параметры спин-Гамильтониана такого центра, в частности параметр D, характеризующий расстояние между индивидуальными спинами ½ в триплетном центре.
Методом ЭПР диагностированы азот-вакансионные центры NV(-) в облученных быстрыми электронами кристаллах Ib HPHT алмаза с уменьшенным (ниже 80 ppm) содержанием азота и совершенной кристаллической решеткой. Кристаллы демонстрируют интенсивную оптическую эмиссию в красной области спектра и длительные времена релаксации люминесценции.
Предложена модель, объясняющая электронные транспортные свойства массива полупроводниковых нанокристаллов. Получен критерий перехода металл-диэлектрик в массиве легированных нанокристаллов, аналогичный критерию Мотта для легированных полупроводников. Рассчитана макроскопическая диэлекрическая проницаемость для массива контактирующих нанокристаллов. Доказано, что в легированном массиве нанокристаллов в диэлектрической фазе проводимость следует закону Эфроса-Шкловского. Численно и аналитически рассмотрено влияние беспорядка, связанного со случайным распределением примесей по нанокристаллам и рассмотрен вопрос образования кулоновской щели в системе касающихся нанокристаллов.