Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и наночастиц CuO Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

2. Karpov I. V., Ushakov A. V., Fedorov L. Yu., Lepeshev A. A. Method for Producing Nanomaterials in the Plasma of a Low Pressure Pulsed Arc Discharge // Technical Physics. 2014. Vol. 84, № 4. P. 559-563.

3. Lepeshev A. A., Rozhkova E. A., Karpov I. V., Ushakov A. V., Fedorov L. Yu. Physical, Mechanical, and Tribological Properties of Quasicrystalline Al-Cu-Fe Coatings Prepared by Plasma Spraying // Physics of the Solid State, 2013. Vol. 55, № 12. P. 2531-2536.

4. Lepeshev A. A., Bayukov O. A., Rozhkova E. A., Karpov I. V., Ushakov A. V., Fedorov L. Yu. Modification of the Phase State and Structure of the Al-Cu-Fe Quasi-Crystalline Alloy during Plasma Deposition

// Physics of the Solid State. 2015. Vol. 57, № 2. P. 255-259.

5. Lepeshev A. A., Karpov I. V., Ushakov A. V., Fedorov L. Yu., Shaikhadinov A. A. Synthesis of Nanosized Titanium Oxide and Nitride Through Vacuum Arc Plasma Expansion Technique // International Journal of Nanoscience. 2016. Vol. 15, № 1-2. P. 1550027.

6. Ebalard S., Spaepen F. Approximants to the icosahedral and decagonal phases in the Al-Cu-Cr system // Journal of Materials Research. 1991. Vol. 6. P. 1641-1649.

© Ушаков А. В., Карпов И. В., Лепешев А. А., Дорожкина Е. А., Карпова О. Н., 2016

УДК 539.21(06)

КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА И НАНОЧАСТИЦ CuO*

Л. Ю. Федоров1*, А. В. Ушаков1,2, И. В. Карпов1,2, А. А. Лепешев2,3

1 Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 3Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50 *E-mail: 1401-87@mail.ru

Рассматриваются результаты электронно-микроскопических исследований материала, полученного при модифицировании сверхвысокомолекулярного полиэтилена наночастицами CuO в плазмохимическом реакторе низкого давления. Описаны предпосылки его применения в узлах КА.

Ключевые слова: плазмохимическиереакции, нанонаполнитель, оксид меди, СВМПЭ.

COMPOSITE MATERIAL BASED ON UHMW-POLYETHYLENE AND NANOPARTICLES CuO

L. Yu. Fedorov1*, A. V. Ushakov1,2, I. V. Karpov1,2, A. A. Lepeshev2,3

1Siberian Federal University 79, Svobodnyi Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation

2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

3Krasnoyarsk Scientific Center, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences 50, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation *E-mail: 1401-87@mail.ru

The work represents the results of electron-microscopic studies of the material, produced by means of modifying ultrahigh molecular weight polyethylene with CuO nanoparticles in a plasma-chemical reactor of low pressure. It describes the opportunities of its application for spacecraft units.

Keywords: plasma-chemical reactions, nanofillers, copper oxide, UHMWPE.

В широком ряду композиционных материалов [1], применяемых в конструкциях космических аппаратов (КА) в числе прочих, возможно использование композитов на основе полимерных матриц, допированных нанодисперсными частицами. Важным аспектом при создании и использовании таких материалов является

хорошо управляемый и контролируемый процесс формирования композиции.

Необходимо достижение предельного уровня гомогенизации и адгезии матрицы с наполнителем в композите, потенциально реализуемое при in situ модифицировании.

-

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-33-00137 мол_а.

Фешетневс^ие чтения. 2016

В данной работе приведены результаты электронно-микроскопических исследований полимерных порошков сверхвысокомолекулярного полиэтилена с осажденными на них нанодисперсными частицами, полученных вакуумно-дуговым расплавлением и диспергированием металлического медного катода. В работах [2-5] представлено подробное описание технологии.

Синтез наночастиц CuO проводился посредством плазмохимических реакций паровой фазы меди с кислородом в объеме вакуумной камеры. Длительность процесса осаждения наночастиц составляла 30 мин, давление в камере 60 Па с соотношением плазмообра-зующего и реакционного газа Ar/He = 80/20, при непрерывным вращением чаши из нержавеющей стали, в которой располагался полимерный порошок (СВМПЭ Ticona GUR-413). Полимер был распределен монослоем. После завершения цикла нанесения нано-частиц и выдержки в камере в течение 15 минут следовала выгрузка полимерного порошка, перемешивание его вне чаши, повторное расположение в камере и полное повторение цикла нанесения CuO.

Схематичное представление процедуры показано на рис. 1.

На рис. 2 представлена сравнительная СЭМ-микрофотография чистого СВМПЭ (слева) и полимера с нанесенными на поверхность наночастицами оксида меди (справа).

Видно, во-первых, что структура полимерного порошка не претерпевает видимых изменений вследствие проводимой обработки. Отсутствуют оплавленные или поврежденные от воздействия низкотемпературной плазмы микрогранулы.

Во-вторых, можно отметить характерное распределение нанодисперсных частиц по поверхности полимерных микрогранул. Они распределены «островками» равномерно по всей поверхности, оставляя «открытыми» участки полимера. Это должно способствовать более полному спеканию в дальнейшем, поскольку известно [6], что при превышении некоторого порогового значения концентрации неорганического наполнителя заметно снижаются физико-механические свойства композита.

Рис. 1. Схема технологической установки

Также можно сделать предположение, что при дальнейшем увеличении времени нанесения нанодис-персных частиц, а следовательно, концентрации наполнителя в композите, осаждаться СиО в большей степени будет на эти «островки».

2016-07-29 N D7.0 х500 200 um

Рис. 2. СЭМ-микрофотография чистого СВМПЭ (слева) и СВМПЭ + CuO (справа)

Библиографические ссылки

1. Космическое материаловедение. Введение в научные основы космической технологии / под ред. Б. Фойербахера, Г. Хамахера, Р. И. Наумана. М. : Мир, 1989. 478 с.

2. Нанокомпозиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и электродугового нанопорошка диоксида титана / А. В. Ушаков, Карпов И. В., Федоров Л. Ю. и др. // Химическая технология. 2014. № 9. С. 518-522.

3. Устройство для осаждения наночастиц на полимерные порошковые материалы / И. В. Карпов, А. В. Уша-

ков, Л. Ю. Федоров и др. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2014. № 80 (4). С. 47-50.

4. Механические и трибологические свойства комплексно-модифицированного материала на основе СВМПЭ и СиО / А. В. Ушаков, И. В. Карпов, Л. Ю. Федоров и др. // Трение и износ. 2014. № 35 (1). С. 12-17.

5. Теплофизические свойства нанокомпозиционно-го материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и нанопорошка ТЮ2 плазмохимического синтеза / Л. Ю. Федоров, А. В. Ушаков, И. В. Карпов и др. // Материаловедение. 2013. № 1. С. 40-42.

6. Senatov F. S., Baranov A. A., Muratov D. S., Gorshenkov M. V., Kaloshkin S. D., Tcherdyntsev V. V. Microstructure and Properties of Composite Materials Based on UHMWPE After Mechanical Activation // J. of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 615, no S1. P. S573-S577.

References

1. B. Fojerbaher, G. Hamaher, R.J. Nauman Kosmicheskoe materialovedenie. Vvedenie v nauchnye osnovy kosmicheskoj tehnologii [Space Materials. An introduction to the scientific basis of space technology]. Moscow.Mir publ., 1989. 478 p.

2. Ushakov A. V., Karpov I. V., Fedorov L. Yu., Lepeshev A. A., Shaikhadinov A. A., Demin V. G. Nanocomposite Material Based on Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylene and Titanium Dioxide Electroarc Nanopowder. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2015. Vol. 49, № 5. P. 743-111.

3. Karpov I. V., Ushakov A. V., Fedorov L. Yu., Lepeshev A. A. [The Device for depositing nanoparticles on polymer powder materials]. Zavodskaja laboratorija.

Diagnostika materialov. 2014. № 80 (4). P. 47-50. (In Russ.)

4. Ushakov A. V., Karpov I. V., Fedorov L. Yu., Lepeshev A. A. Mechanical and Tribological Properties of Complex-Modified Material Based On Ultra High Molecular Weight Polyethylene. Journal of Friction and Wear. 2014, Vol. 35, № 1. P. 7-11.

5. Fedorov L. Yu., Ushakov A. V., Karpov I. V., Lepeshev A. A. [Thermophysical properties of nanocomposite material based on UHMWPE and TiO2 nanopowder]. Materialovedenie. 2013. № 1. P. 40-42. (In Russ.)

6. Senatov F. S., Baranov A. A., Muratov D. S., Gorshenkov M. V., Kaloshkin S. D., Tcherdyntsev V. V. Microstructure and Properties of Composite Materials Based on UHMWPE After Mechanical Activation. J. of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 615, № S1. P. S573-S577.

© Федоров Л. Ю., Ушаков А. В., Карпов И. В., Лепешев А. А., 2016

УДК 539.21:537.86

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА В КАТИОН-ЗАМЕЩЕННЫХ СОЕДИНЕНИЯХ RexMnj-xS (Re = Gd, Sm)

А. М. Харьков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: khark.anton@mail.ru

Представлены результаты исследования транспортных свойств катион-замещенных сульфидов ReXMn1-XS (Re = Gd, Sm) с ГЦК решеткой типа NaCl в области температур 77-1 200 К. Общей закономерностью температурных зависимостей коэффициента термоЭДС как для системы с гадолинием, так и для системы с самарием является проявление отрицательного значения термоЭДС во всем диапазоне температур с ростом X.

Ключевые слова: сульфиды редкоземельных элементов, проводимость, переход металл-диэлектрик, термо-ЭДС.

THERMOELECTRIC PROPERTIES IN THE CATION-SUBSTITUTED COMPOUNDS RexMnj-xS (Re = Gd, Sm)

A. M. Kharkov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: khark.anton@mail.ru

This paper presents the results of a study of the transport properties of cation-substituted sulfides ReXMn1-XS (Re = Gd, Sm) with FCC NaCl type in the temperature range 77-1200 K. The temperature dependence on Seebeck coefficient for systems with gadolinium and with samarium reveals the negative values of thermoelectric power in all range of temperatures with increasing concentration X.

Keywords: sulfides of rare-earth elements, conductivity, transition metal-insulator, thermoelectric power.

Твердые растворы сульфидов RexMn1-xS (Re = Gd, Sm) выращены в кварцевом реакторе из расплава с использованием метода, описание которого приведено в работе [1]. Исследование температурных зависи-

мостей термоЭДС сульфидов твердых растворов с содержанием редкоземельных элементов 0 < X < 0,3 проведено в интервале температур 80-1 200 К в магнитных полях до 10 кЭ.