CC BY
45
Секция «Перспективные материалы и технологии»
УДК 621.318.1
А. Н. Рыбакова Научный руководитель - Г. И. Фролов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ТВЕРДОФАЗНЫЙ СИНТЕЗ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Проанализировано использование твердотельных реакций для синтеза тонких магнитных плёнок. Рассмотрены типы твердотельных реакций.
Для современной электроники характерны тенденции к уменьшению геометрических параметров элементов при увеличении функциональности, что предполагает синтез материалов в виде пленок. Электроника давно перешла нанометровый рубеж, при этом отдельные составляющие устройств представляют собой многослойные структуры. В последнее время для их получения предлагается использовать твердофазные реакции. Большинство твердофазных реакций в тонких магнитных плёнках проходят при температурах от 400 до 800 К. В связи с этим твердотельные реакции (ТР) могут быть основным фактором, как разрушающим тонкоплёночные элементы микроэлектроники, так и способом их синтеза. В связи с этим изучение химических взаимодействий в таких структурах становятся актуальными.
В литературе приведены тря основных типа твердотельных реакций:
- Т1 => Т2;
- Т1 + Т2 => Т3;
- Т1 + Т2 => Т3 + Т4;
Для целей твердофазного синтеза наиболее всего подходит второй тип реакций.
Твердофазный синтез (ТФС) в пленках проходит при низких температурах, что обусловлено высоким коэффициентом диффузии, которая на порядки выше диффузии в объёмных материалах, при этом любая твердотельная реакция совершается в виде последовательности промежуточных фазовых состояний, энергетически мало отличающиеся друг от друга, а реакционная зона локализована на поверхности
раздела фаз реагентов и продуктов [1]. Особенности ТФС заключаются в следующем:
1. Твердофазный синтез возможен:
- при адиабатическом нагреве пленочных, слоистых структур и характеризуется скоростью нагрева и температурой инициирования;
- при осаждении верхнего слоя при температуре выше температуры инициирования.
2. При осаждении второго слоя на первый с монокристаллической структурой, продукт синтеза, как правило, также является монокристаллическим.
3. Химические взаимодействия между слоями носят дальнодействующий характер [1].
4. Твердофазный синтез в тонких плёнках начинается при некоторой температуре данного химического процесса (температуре инициирования реакции) и в дальнейшем проходит в узком интервале температур.
Правило первой фазы позволяет объяснить многообразие экспериментальных данных и предсказывать появление новых фаз.
В данной работе изучена методика ТФС пленочных магнитных материалов и исследованы свойства синтезированных плёночных структур Со8ш и БеРа [2].
Библиографические ссылки
1. Мягков В. Г. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2004. Т. 80. В. 7. С. 555-559.
2. Жигалов В. С. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2009. Т. 88. В. 6. С. 445-449.
© Рыбакова А. Н., Фролов Г. И., 2010
УДК 538.956
Д. Г. Тарасов Научный руководитель - В. И. Павленко Белгородский государственный университет имени В. Г. Шухова, Белгород
СИНТЕЗ НОВОГО РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНОГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ВЫСОКОНАПОЛНЕННОГО ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИТА ДЛЯ ЗАЩИТЫ
БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ КА
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность получения радиационно-защитного материала на основе высоконаполненного полимерного композита, включающего полистироль-ную матрицу, наполненную полиэтилсиликонатом свинца (ПЭСС). Подтверждены высокие диэлектрические и радиационно-защитные свойства материала.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
Проблема радиационной стойкости бортовой аппаратуры космических аппаратов в настоящее время связана с внедрением в космическое аппаратострое-ние элементов переменной микроэлектроники с высокой степенью интеграции, волоконной и интегральной оптики, криоэлектроники и т. п. Под действием корпускулярных излучений в материалах и элементах космических аппаратов возникают различного рода обратимые и необратимые эффекты, приводящие в конечном итоге к нарушению нормального функционирования бортовых систем аппаратов [1]. В последнее десятилетие возросло внимание к явлениям перемежающихся и устойчивых радиационных сбоев в элементах памяти и микропроцессорах бортовых компьютеров при воздействии одиночных ядер космических излучений [2]. В настоящее время этими явлениями фактически определяется устойчивость бортовых компьютеров к воздействию космической радиации.
Создание новых видов высокоэффективных полимерных композитов, обладающих наряду с диэлектрическими свойствами эффектом радиационной защиты имеет первоочередное значение и обуславливает необходимость совершенствования теории и практики их проектирования. Не решены до настоящего времени общие подходы к созданию активной радиационной защиты от заряженных космических частиц, способной снизить плотность частиц на поверхности диэлектрика в электронном потоке с энергией выше 1 МэВ.
Введение неорганических полупроводниковых зон в состав радиационно-защитного композиционного диэлектрика на основе полимерной матрицы перераспределяет возникающие дефекты и разрядные каналы по объему материала, что на порядок увеличивает время до пробоя. В условиях космического полета это значительно увеличивает срок службы защиты космического аппарата [3].
Нами получены высокодисперсные олигомерные наполнители для полимерных композиций на основе полиалкилсиликонатов свинца путем химического соосаждения водных растворов тяжелых металлов по золь-гель процессу, протекающему с участием кремнийорганических водорастворимых соединений на основе алкилсиликонатов натрия.
В процессе механоактивации органосилоксано-вого наполнителя с полистирольной матрицей в мельницах струйного типа протекают структурные перестройки в их молекулярных цепочках с аккумулированием значительных величин внутренней энергии системы. Достигается возможность капсу-лирования частиц ПЭСС с полимерной внешней экранирующей оболочкой и протеканием в данной системе физико-химического взаимодействия.
Установлено, что механоактивация ПЭСС приводит к образованию парамагнитных центров (ПМЦ) свободно-радикального (кремниевого и кислородного) и ионного типов. Силоксановая связь в ПЭСС разрывается по гетероциклическому меха-
низму. Основной вклад в образование ПМЦ для ПЭСС вносят радикалы кремниевого =81 типа, концентрация которых резко снижается при совместном помоле ПЭСС с полистиролом.
Проведенные исследования позволили разработать научные основы модифицирования структуры и свойств полимерного композита, предусматривающие направленное регулирование их надмолекулярной структуры путем введения пластифицирующих и модифицирующих добавок. Это позволяет заметно улучшить технологические и эксплуатационные характеристики разработанных композиционных материалов.
Разработанная технология получения композиционного материала на основе порошкообразных полимерных связующих позволяет осуществить электростатическое взаимодействие компонентов, обеспечивающее высокую стабильность полимерного связующего в наполненных полимерных матрицах. Такой подход дает возможность избежать образование разрядных каналов и получать полимерные диэлектрические материалы сохраняющие свои высокие механические характеристики при температурах ниже -190 °С.
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена высокая эффективность получения высоконаполненных полимерных диэлектрических композитов путем их механоактивации, последующего формования при высоком давлении (в области 1 ГПа) и радиационного модифицирования в пучке быстрых электронов (6,2 МэВ) или гамма-облучении радиоизотопом 60Со (1,25 МэВ).
Исследованы физико-химические и технологические особенности получения радиационно-защитных полимерных диэлектрических композитов в системе полимер-металлоолигомерный наполнитель.
Разработана технология получения полимерных композитов на основе порошкообразных компонентов с осуществлением механоактивации смеси в непрерывном режиме в мельницах струйного типа с последующим формованием.
Библиографические ссылки
1. Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов. // Новые наукоемкие технологии в технике : энцикл. М. : ЭНЦИТЕХ, 2000. Т. 16, 17.
2. Попов В. Д. Пострадиационный эффект в ИС // Электроника : Наука. Технология. Бизнес. 2002. № 4. С. 24-27.
3. Махотин Д. Ю. Эффекты накопления объемного электрического заряда в стеклообразных диэлектриках применительно к проблеме радиационной защиты систем жизнеобеспечения космических аппаратов : Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. М., 2006. 24 с.
© Тарасов Д. Г., Павленко В. И., 2010
