CC BY
14
Успехи в хцмии и химической технологии. ТОМ XXXIII. 2019. № 1
УДК 546.45
Козлова Е.В., Шевердяев М.С., Горлевский В.В., Семенов А.А., Волков В.В.
РАЗРАБОТКА НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ БЕРИЛЛИЯ
Козлова Елена Васильевна, главный специалист e-mail: evkozlova@bochvar.ru; Шевердяев Максим Сергеевич, начальник отдела e-mail: mssheverdyaev@bochvar.ru;
Горлевский Владимир Васильевич, главный специалист e-mail: vvgorlevskiy@bochvar.ru;
Семенов Александр Александрович, главный эксперт e-mail: alasemenov@bochvar.ru;
Акционерное общество «Высокотехнологичный научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара», (АО «ВНИИНМ»), Москва, Россия 123098, Москва, ул. Рогова, д. 5а
Волков Владимир Владимирович, ведущий научный сотрудник e-mail: volkicras@mail.ru
Институт кристаллографии и фотоники РАН, 119333, Ленинский просп., 59
Рассмотрены способ получения, структурные характеристики и МУРР композиционных материалов «пористый бериллий - наноалмазы», перспективных для применения в устройствах рентгеновской оптики.
Ключевые слова: пористый бериллий, наноалмазы, композиционный материал, спекл-суппрессор
DESIGNING NANOSTRUCTURED COMPOSITES BASED ON BERYLLIUM
Kozlova E.V., Sheverdyaev M.S., Gorlevsky V.V., Semenov A.A., Volkov V.V.*
Stock Company «Bochvar High-Technology Research Institute of Inorganic Materials» (VNIINM), Russia, Moskow *Institute of Crystallography and Photonics RAN, Russia, Moskow
The method of preparation, the structural characteristics and SAXS of composites "porous beryllium-nanodiamonds", which are promising for use in X-ray optics devices, are considered.
Key words: porous beryllium, nanodiamonds, composites, speckle suppressor
Разработанная в АО "ВНИИНМ" технология получения высокопористого бериллия с нанокристаллической структурой основана на процессе пиролиза метастабильного гидрида бериллия (ВеШ). В результате проведения этого процесса образуется микроячеистая бериллиевая структура с размером пор от 100 нм до нескольких микрон, что подтверждается данными ртутной порометрии (рис. 1) и другими независимыми методами.
20 -1С _
ID 10 — 5 _
С. —11 mfli ПТ1ГИ —т iiiia 11 Инн -mi
0.001 0.01 0.1 1 10 Диаметр пор, мкм
Рис. 1 Размеры пор высокопористого бериллия по
данным ртутной порометрии
Наноструктурированный пористый бериллий перспективен для применения в синхротронной технике в качестве рентгенооптического материала. При пропускании рентгеновского излучения через материал с такой неоднородной структурой происходит многократное рассеяние рентгеновских лучей, что дает возможность применять пористый бериллий в устройствах удаления спеклов (артефактов рентгеновских изображений,
полученных "на просвет"). Использование подобных устройств в рентгеновских и синхротронных исследованиях позволяет выровнять фон формирующегося изображения и получить более полную информацию об исследуемых объектах. Принцип работы таких устройств, называемых спекл-суппрессорами [1], основан на уменьшении степени когерентности излучения, которое происходит в процессе малоуглового рассеяния излучения на структурных неоднородностях (порах, стенках пор, зернах) материала, применяемого в этих устройствах, что имеет аналогию с эффектом матового стекла в оптике видимого диапазона. Для создания устройства, эффективно устраняющего в пучке синхротронного излучения дефекты изображения, вызванные интерференцией, требуется
Успехи в хцмии и химической технологии. ТОМ XXXIII. 2019. № 1
материал слабо поглощающий, но интенсивно рассеивающий излучение рентгеновского диапазона. Пористый бериллий для этой цели оказался весьма перспективным. При получении пористого бериллия для спекл-суппрессоров необходимо стремиться к увеличению количества структурных
неоднородностей в бериллиевой матрице. Достичь этого оказалось возможным путем создания композиционного материала на основе наноструктурированного бериллия с
использованием в качестве наполнителя детонационных наноалмазов. Алмаз, так же как и бериллий, обладает малой склонностью к поглощению рентгеновского излучения. Процесс получения композиционного материала происходит при термообработке предварительно перемешанной и скомпактированной смеси порошка наноалмазов и гидрида бериллия. После термообработки композиционный материал формируется в виде микроячеистой структуры, в которой вспененный бериллий выполняет роль пористого каркаса с распределенными в нем наноалмазными частицами.
В ходе работы были получены образцы композиционного материала «бериллий -наноалмазы» 4-х различных составов, с содержанием наполнителя (наноалмазного порошка) в количестве 5, 25, 45 и 55 % мас соответственно. Микроскопические исследования изломов образцов композиционного материала с содержанием наполнителя в количестве 55 % масс. представлены на рисунке 2.
Рис. 2 СЭМ композиционного образца Из данных СЭМ видно, что губчатая структура полученного композиционного материала схожа со структурой пористого бериллия и разнородна по размеру пор.
Для определения эффективности полученных композитов для применения в качестве материала спекл-суппрессора они были исследованы методом малоуглового рентгеновского рассеяния (МУРР). Исследования полученных композиционных образцов показали, что с увеличением содержания наноалмазов в составе композиционного материала наблюдается рост интенсивности малоуглового
рентгеновского рассеяния, причем в области малых углов при s < 0,5 нм-1 интенсивность рассеяния от образцов композиционного материала с содержанием наноалмазов 45-55 % масс. существенно выше, чем у пористой бериллиевой матрицы и алмазного порошка по отдельности.
Рис. 3. Интенсивность малоуглового рентгеновского рассеяния на образцах пористого бериллия с добавкой нанодисперсного алмаза, исходного порошка алмаза и пористого бериллия без добавок
По результатам исследований был сделан вывод о том, что композиционные материалы на основе пористой бериллиевой матрицы с использованием в качестве наполнителя детонационных наноалмазов показывают большую интенсивность МУРР, чем эти же материалы по отдельности, что свидетельствует о синергетическом эффекте матрицы и наполнителя в полученном композите.
Таким образом, разработанный композиционный материал состава «бериллий - наноалмазы» представляется перспективным для создания на его основе эффективных устройств подавления спеклов.
Список литературы
1. Goikhman A., Lyatun I., Ershov P., Snigireva I., Wojda P., Gorlevsky V., Semenov A., Sheverdyaev M., Koletsky V., Snigirev A. Highly porous nanoberyllium for X-ray beam speckle suppression // J. Synchrotron Rad. 2015. № 22. P. 796-800.
