| Аннотация |
В настоящее время большое количество исследований направлено на оптимизацию и сокращение затрат при производстве новых коррозионностойких покрытий, устройств электроники, высокочувствительных датчиков. Одним из направлений решения данной проблемы является создание новых материалов с атомарно-слоевой анизотропной структурой. При этом уже достигнуты успехи в создании новых функциональных наноматериалов с такой структурой, широким классом которых являются системы Mn+1AXn (сокращённо MAX), где n от 1 до 4, М представляет переходный металл, А – элемент из группы 13 или 14, Х – углерод или (реже) азот. Термодинамическая стабильность таких систем обеспечивается послойным чередованием ковалентного и металлического типов химической связи между субслоями M-X-M и M-A-M. Анизотропное атомарное чередование, обеспечивая локальную квазидвумерность структуры, придает MAX-материалам ценные механические и электронные свойства при высокой химической стойкости. В мире уже синтезировано несколько десятков MAX-материалов различного состава применительно к таким практическим задачам, как создание износостойких жаропрочных покрытий, радиационно-стойких оптически-прозрачных покрытий, химических фильтров, катализаторов, систем доставки лекарств, электрохимических датчиков. В перечисленных задачах MAX-материал на основе углерода обычно синтезируется в объемной порошковой форме и часто является промежуточным звеном в дальнейшем синтезе квазидвумерных карбидных MX-структур – т.н. максенов (MXenes), получаемых химическим удалением A-элемента. Однако если в качестве M-элемента использовать Cr, Mn или Fe, то становится возможным реализовать двумерную антиферромагнитную систему с управляемым неколлинеарным магнитным упорядочением. При этом теоретические расчёты и предварительные эксперименты показывают, что частичное замещение M-элемента скандием позволяет улучшить термодинамическую стабильность, например, фазы (M1-xScx)n+1ACn (где A - Al, Ga, Ge; M - Cr, Mn) в отличие от чистых систем Mn+1ACn. На примере максена, полученного из MAX-фазы (Mo2/3Sc1/3)2AlC, ранее было показано значительное упорядочение вакансий, и электропроводность оказалась выше в тысячу раз по сравнению с максеном Mo2CTx без Sc. Похожий эффект ожидается и для MAX-плёнок, содержащих 3d-элементы. Принимая во внимание то, что ранее в Швеции уже были синтезированы тонкие пленки Mn2GaC и (Cr0.5Mn0.5)2GaC с подтвержденным неколлинеарным антиферромагнитным упорядочением, актуальна разработка технологии получения ранее не синтезированных тонких плёнок на основе Cr, Mn, Al и Ga с частичным замещением M-элемента скандием и последующий их всесторонний анализ. Полученные карбидные MAX- и MX-структуры могут найти свое применение в качестве датчиков механических напряжений, магнитных полей в условиях высоких температур и агрессивных сред, а также биосенсоров. Между тем, сочетание магнетронного соосаждения и импульсного лазерного отжига для синтеза тонких плёнок позволит как расширить список материалов подложек и упростить прогнозирование стехиометрии получаемых плёнок, так и снизить требования к температурной устойчивости технологического оборудования.
Таким образом, проект направлен на развитие перспективной тематики, а именно, на разработку технологии синтеза MAX-фаз на основе углерода с использованием методики импульсно-лазерного отжига и всесторонние теоретические и экспериментальные исследования наноструктур, содержащих Cr, Mn, Sc, Al и Ga, с целью выявления закономерностей фазообразования, поиска взаимосвязи кристаллической структуры с условиями синтеза и электронными и магнитными свойствами. С помощью теоретических расчетов будут найдены составы, перспективные для практического применения. Актуальность тематики проекта обусловлено тем, что впервые будут синтезированы тонкопленочные MAX-структуры (Cr1−xScx)2AlC, (Mn1−xScx)2AlC и (Mn1-xScx)2GaC и исследованы их структурные, магнитные, оптические и транспортные свойства в зависимости от температуры, толщины и стехиометрии.
|
