Исследование плазмы, находящейся под воздействием электромагнитных полей и образующихся при ее остывании наноструктурированных веществ. Выделение и исследование возможностей применения наноструктур на основе углерода.

Основные направления исследований

• Исследование плазмы, находящейся под воздействием электромагнитных полей и образующихся при ее остывании наноструктурированных веществ.
• Выделение, модифицирование и исследование наноструктурированных веществ на основе углерода и возможностей их применения.

Основные достижения

• Разработана установка для синтеза наноматериалов в потоке плазмы углерод-инертный газ. Установка в отличие от аналогов позволяет управлять процессом синтеза путем изменения давления газа в камере, разными частотами и величинами тока плазмообразующей дуги. На установке можно получать углеродный конденсат, содержащий 8-12% фуллеренов, и углеродные нанотрубки (одностеночные и многостеночные) 45-60% (при введении 3d металлических порошков в качестве катализаторов). Например, изменяя условия синтеза можно изменять относительное содержание различных типов фуллеренов в выделенной фуллереновой смеси: С60 (от 60 до 80%), С70 (от 10 до 25%), высшие фуллерены (от 5 до 20%).
• Разработана методика и изготовлен лабораторный вариант генератора стабильных плазменных потоков с управляемым элементным составом плазмы. Показано, что в такой плазме можно получать частицы со структурой ядро-оболочка (например, Mg@Ni). (Г.Н. Чурилов, Н.С, Николаев, К.В. Шичалин, В.А. Лопатин Генератор плазмы с магнитно-вихревой стабилизацией и возможности его применения, Письма в ЖТФ 45, 42 (2019).
• Впервые синтезированы эндоэдральные металлофуллерены (ЭМФ) с иттрием в дуговом ВЧ разряде в потоке гелия при введении Y2O3. Образование ЭМФ зависит от давления гелия в камере, однако, эту зависимость нельзя объяснить в рамках модели образования обычных фуллеренов. Показано, что оптимальное давление, соответствующее максимальному содержанию ЭМФ с иттрием, соответствует 66 kPa, при этом экстракция дисульфидом углерода позволяет выделить фуллереновую смесь в количестве 15.2— 27.1 wt.%. Разработана методика количественного экспресс анализа содержания ЭМФ в фуллереновой смеси. В основе методики лежит применение метода масс-спектрометрии (для определения вида ЭМФ) и элементного анализа. Результаты, полученные по методике, подтверждены методами РФЭС и прямого взвешивания. (Г.Н. Чурилов, Н.Г. Внукова, Е.В. Томашевич, А.И. Дудник, Г.А. Глущенко, И.А. Дубинина, У.Е. Гуляева, Е.И. Мельникова Эндоэдральные металлофуллерены с иттрием: синтез и выделение, Физика твердого тела 59, 1638 (2017).

Основные приборы и оборудование

• Рентгенофазовый дифрактометр ДРОН-4-07. Установка предназначена для проведения рентгеноструктурных исследований поликристаллических материалов
• Установки для синтеза углеродных наноструктур на основе двух и четырех струйных плазматронов. Установка предназначена для синтеза фуллеренов в высокочастотном разряде в струе гелия при атмосферном давлении. Установка разработана и изготовленная ИФ СО РАН по Программе СО РАН «Импортозамещение- 2012».
• Установка для элементного экспресс анализа вещества методом атомно-эмиссионной спектроскопопии. Установка позволяет определять элементный состав жидкости, порошка или монолита по спектру излучения плазмы в высокочастотном разряде

Методы исследований

• Метод управляемого плазмо-химического синтеза углеродных наноструктур.
• Методика высокоэффективного выделения эндоэдральных металлофуллеренов из углеродсодержащего конденсата.
• Методика количественного анализа эндоэдрального металлофуллерена в углеродсодержащем конденсате.