Ученые из Южно-Уральского государственного университета совместно с коллегами из МГУ исследовали влияние содержания азота на структуру и проводимость стеклоуглерода. Целью исследования было создание новых углеродных материалов с высокой химической стойкостью и электропроводностью. Результаты исследования были опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Diamond and Related Materials (Q2)
Стеклоуглерод — твёрдый материал, сочетающий свойства графита (хорошую электропроводность) и стекла (высокую твёрдость). В результате прокаливания смесей фенолфталеина и меламина ученые создали новый изотропный стеклоуглерод с отсутствием характерной для графита слоистой структуры. В ходе исследования ученые выяснили, что азот хаотично замещает углерод в этих материалах.
«Большое количество азота удалось ввести в новый материал путем совместного плавления и прокаливания смесей меламина и фенолфталеина при нагревании их до 500 °С. Измерения показали, что удельное электрическое сопротивление материала с 21 % азота составляет достаточно небольшую величину 290 Ом*м, что в 34000 раз ниже, чем сопротивление стеклоуглерода, приготовленного в тех же условиях из чистого фенолфталеина. Таким образом, мы показали, что именно атомы азота, частично замещающие в структуре нового материала атомы углерода, вносят дополнительные носители заряда – электроны», – поясняет один из участников проекта Дмитрий Жеребцов, доктор химических наук.
Основными отличительными чертами стеклоуглерода являются высокая механическая прочность, стойкость в агрессивных средах и газонепроницаемость. Благодаря уникальным свойствам ассортимент изделий из стеклоуглерода и область его применения быстро расширяются. Химическая стойкость и высокая электропроводность нового материала открывают перспективы для его использования в электрохимических устройствах, например, в аккумуляторах, топливных элементах и конденсаторах, а также в анодах для электрохимического синтеза перекиси водорода. Присутствие азота сможет улучшить долговечность и надежность таких устройств.
(1).jpg)
Над исследованием работали ученые Физико-Металлургического и Химического факультетов: доктор химических наук, доцент Вячеслав Авдин, доктор химических наук Дмитрий Жеребцов, кандидат технических наук, доцент Людмила Радионова, кандидат физико-математических наук, доцент Владимир Живулин, а также партнеры из МГУ. В работе были задействованы лаборатория кафедры Материаловедения и физико-химии материалов, а также НОЦ Нанотехнологии ЮУрГУ.
ЮУрГУ – участник Проекта «5-100», призванного повысить конкурентоспособность российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров.
Исследования в области новых технологий в числе приоритетов Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ) «Передовые производственные технологии и материалы», созданного объединенными усилиями УрФУ, ЮУрГУ, КГУ, Уральского отделения РАН и промышленных корпораций Челябинской, Свердловской и Курганской областей.