Инна Владимировна Локтионова, кандидат физико-математических наук, доцент
кафедра нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики
305040; ул. 50 лет Октября, д. 94; Курск
Inna V. Loktionova, Candidate of Sciences (Physics and Mathematics), Associate Professor
Department of Nanotechnology, Microelectronics, General and Applied Physics
305040; 50 Let Oktyabrya Str. 94; Kursk
Павел Владимирович Абакумов, кандидат физико-математических наук, доцент
кафедра физики, информатики и математики
305041; ул. К. Маркса, д. 3; Курск
Pavel V. Abakumov, Candidate of Sciences (Physics and Mathematics), Associate Professor
Physics, Informatics and Mathematics Department
305041; 3 K. Marx Str.; Kursk
Лев Викторович Тарасов, студент
305040; ул. 50 лет Октября, д. 94; Курск
Lev V. Tarasov, Student
305040; 50 Let Oktyabrya Str. 94; Kursk
Андрей Евгеньевич Кузько, кандидат физико-математических наук, доцент
кафедра нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики
305040; ул. 50 лет Октября, д. 94; Курск
Researcher ID: 7801324495
Andrey E. Kuzko, Candidate of Sciences (Physics and Mathematics), Associate Professor
Department of Nanotechnology, Microelectronics, General and Applied Physics
305040; 50 Let Oktyabrya Str. 94; Kursk
Researcher ID: 7801324495
Артем Игоревич Колпаков, аспирант
305040; ул. 50 лет Октября, д. 94; Курск
Artem I. Kolpakov, Postgraduate Student
305040; 50 Let Oktyabrya Str. 94; Kursk
Цель. Комплексное изучение влияния процесса активации на морфологические, структурные и элементные характеристики технического углерода для создания функциональных углеродсодержащих материалов с заданными свойствами.
Методы. Морфология поверхности и дисперсность исследованы методом сканирующей электронной микроскопии (JEOL 6610LV, детектор вторичных электронов, 20 кВ, увеличение до ×100 000). Локальный элементный состав определялся энергодисперсионным анализатором (Oxford Instruments) с картированием элементов. Конфокальная лазерная микроскопия (OmegaScope AIST-NT, разрешение до 300 нм) применялась для анализа формы, размеров и агрегации частиц. Кристаллохимический анализ проводился методом рентгенофазового анализа (EMMA, CuKα, λ = 1,5406 Å, диапазон 2θ = 10 – 80°). Структурные дефекты и функциональные группы идентифицировались методом спектроскопии комбинационного рассеяния света (лазер λ = 532 нм, спектральное разрешение 3 см-1).
Результаты. Установлено, что процесс активации приводит к значительной трансформации структуры технического углерода. Наблюдается уменьшение среднего размера частиц с ~3 мкм для пиролизного углерода до ~2 мкм для активированной формы, сопровождающееся снижением коэффициента полидисперсности с 1,2 до 0,3, что свидетельствует о сужении распределения частиц по размерам. Процесс активации обеспечивает равномерное внедрение кремния в углеродную матрицу с достижением концентрации до 3,2 ат. %, способствуя формированию гомогенной нанокомпозитной структуры углерод – кремнезем. Одновременно происходит структурное упорядочение углеродного компонента с достижением параметров, характерных для графита c межслоевым расстоянием d002 = 0,3354 нм.
Заключение. Активация технического углерода позволяет целенаправленно формировать упорядоченные углерод-кремнеземные нанокомпозиты с развитой поверхностью и контролируемой дефектностью, перспективные для применения в сорбционных процессах и катализе.
Purpose. Comprehensive study of the effect of the activation process on the morphological, structural, and elemental characteristics of technical Carbon in order to create functional carbon-containing materials with specified properties.
Methods. Surface morphology and dispersity were investigated by scanning electron microscopy (JEOL 6610LV, secondary electron detector, 20 kV, magnification up to ×100,000). Local elemental composition was determined by energy-dispersive X-ray analysis (Oxford Instruments) with element mapping. Confocal laser microscopy (OmegaScope AIST-NT, resolution up to 300 nm) was used to analyze particle shape, size, and aggregation. Crystallochemical analysis was carried out by the method of rethgenophase analysis of X-ray diffraction (EMMA, CuKα, λ = 1.5406 Å, 2θ range = 10 – 80°). Structural defects and functional groups were identified by the method of Raman scattering spectroscopy (laser λ = 532 nm, spectral resolution 3 cm-1).
Results. It has been established that the activation process leads to a significant transformation of the technical Carbon structure. There is a decrease in the average particle size from ~3 μm for pyrolytic Carbon to ~2 μm for the activated form, accompanied by a decrease in the polydispersity coefficient from 1.2 to 0.3, which indicates a narrowing of the particle size distribution. The activation process ensures the uniform incorporation of silicon into the Carbon matrix, reaching a concentration of up to 3.2 at. %, resulting in the formation of a homogeneous Carbon-silica nanocompositestructure. At the same time, the Carbon component is structurally ordered, reaching the parameters characteristic of graphite with d002 = 0.3354 nm.
Conclusion. Activation of technical carbon allows for the purposeful formation of ordered Carbon-silica nanocomposites with a developed surface and controlled defectiveness, which are promising for use in sorption processes and catalysis.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.