Cx-x графеноподібні наночастинки автоінтеркальованого диселеніду ніобію

Вид материала

Документы

Cx-X

ГРАФЕНОПОДІБНІ НАНОЧАСТИНКИ АВТОІНТЕРКАЛЬОВАНОГО ДИСЕЛЕНІДУ НІОБІЮ

Чепига Л.М.

Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, 03680, Київ-142, Україна

Розробка методів синтезу нових наноматеріалів – одна з нагальних проблем сучасного матеріалознавства. Останнім часом особливо інтенсивного розвитку набувають дослідження двовимірних наноматеріалів. Зокрема, до перспективних неорганічних двовимірних наноструктур належать графеноподібні наночастинки (“inorganic graphene-like nanostructures”; “2D nanostructures”; “ultrathin nanolayers”; „шаруваті, двомірні (2D), квазідвомірні наноструктури”) дихалькогенідів d-перехідних металів, в тому числі 2H-MCh₂ (M=Nb, Ta; Ch=S, Se; структурний тип – 2H-TaS₂, металічний тип провідності) та їх інтеркаляційні нанофази, як новий клас нанооб’єктів для створення багатофункціональних наноматеріалів різноманітного призначення:

• нанокомпозити графену (органічні полімери) – графеноподібні 2H-MCh₂ та їх інтеркаляційні нанофази;
  
• високоанізотропні наноматеріали для перетворювачів енергії (літієві хімічні джерела струму, фотоінтеркаляційні перетворювачі сонячної енергії);
  
• тверді, радіаційностійкі, електропровідні наномастила для космічних і наземних умов експлуатації при високих і низьких температурах, в атмосфері водню, а також у медичному обладнанні;
  
• нанокристалічні твердомастильні додатки до промислових олив і мастил для суттєвого поліпшення їх експлуатаційних характеристик;
  
• водневмісні наноматеріали, водневі наносенсори;
  
• наноматеріали з екстремально високими амортизаційними характеристиками при дії дуже великих тисків („наноброня”);
  
• магнітні наноматеріали.
  

Неорганічні графеноподібні наночастинки отримані наносинтезом, за схемою „зверху – вниз”, з використанням активованих процесів електрохімічної інтеркаляції (Li⁺/H₂O) мікронних порошків автоінтеркальованого 2Н-Nb_{1,02(1)÷1,29(1)}Se₂. Часові характеристики гальваностатичних процесів інтеркаляції встановлені з використанням потенціостату (ПИ-50-1, електрод порівняння – AgCl). Структурні властивості диспергованих порошків вивчені на основі рентгенівських досліджень, скануючої і просвічуючої електронної мікроскопії.

Показано, що суттєвий вплив на інтенсивність процесів інтеркаляції та диспергування вихідних мікронних частинок 2Н-Nb_{1,02(1)÷1,29(1)}Se₂ має величина струму, на основі чого було отримано гальваностатичні криві залежності зміни потенціалу в часі від величини струму. Залежності є відтворюваними та однотипними, для яких прослідковується відтворюваність короткочасних осциляцій значень катодних потенціалів, що, ймовірно, пов’язано з диспергуванням вихідних мікронних частинок. Рівні автоінтеркаляції вихідних мікронних частинок 2Н- Nb_{1,02(1)÷1,29(1)}Se₂ суттєво впливають на часові характеристики катодних потенціалів.

Встановлено, що активовані процеси інтеркаляції (Li⁺/H₂O) призводять до значного диспергування мікронних частинок 2Н-Nb_1,02(1)Se₂ (структурний тип – 2H-TaS₂). Запропонований наносинтез дозволяє отримувати наночастинки 2H NbSе₂ гомогенні щодо складу (NbSе₂), структурного типу (2H-TaS₂) та виду наноструктур (графеноподібні наночастинки) з середніми розмірами 22,7(7) – 46,4(1,4) нм у кристалографічному напрямку [013], 61,9(1,7) – 144(7) нм – для [110]. Розміри наночастинок ефективно регулюються кінетичними параметрами процесу інтеркаляції. Рівень автоінтеркаляції при диспергуванні мікронних частинок практично не змінюється і складає 0,02(1). Значення параметру елементарної комірки с наночастинок 2Н Nb_1,02(1)Se₂ корелюють з їх середніми розмірами.

За результатами скануючої електронної мікроскопії плоскі (2D) наночастинки 2Н-Nb_1,02(1)Se₂ досить близькі до правильної шестикутної форми із значною анізотропією розмірів довжини і товщини, утворюють чисельні конгломерати та не містять інших типів частинок. Основне зменшення їх розмірів відбувається внаслідок диспергування вихідних мікронних частинок по їх товщині.

Автор висловлює щиру подяку за співпрацю с.н.с., к.х.н. Талашу В.М. (електрохімічні дослідження, Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України), пр.н.с., к.х.н. Аксельруду Л.Г. (рентгенівські дослідження, Львівський національний університет ім. І. Франка).