Фундаментальное материаловедение

Гидротермальный и гидротермально-микроволновой синтез вискеров
MxV2O5+x•nH2O (M=Mg 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ , H + ) и исследование их физико-химических
свойств 1
Балахонов С.В., Чурагулов Б.Р.
студент
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
E–mail: Balakhonov@inorg.chem.msu.ru
Современное развитие молекулярной наноэлектроники проявляет тенденцию к
уменьшению габаритов цифровых микроустройств. Основным препятствием данному
направлению является сложность уменьшения размеров источников питания, без потери
при этом их электрохимических свойств. Решением проблемы является использование
«мертвых» объемов приборов. Обладая превосходными электрохимическими
характеристиками, пленочные электроды нового поколения на основе ксерогеля V2O5,
армированные вискерами, способны заполнять «мертвые» пространства устройств за счет
своих компактных размеров.
Целью настоящей работы являлась разработка методики синтеза вискеров на
основе оксидов ванадия гидротермальным (ГТ) и гидротермально-микроволновым (ГТ-
МВ) методами, а также исследование их физико-химических свойств.
В качестве прекурсора использовали ксерогель V2O5•nH2O, полученный в
результате добавления кристаллического V2O5 к 15% раствору H2O2, который далее
перемешивали с насыщенными растворами Ba(NO3)2, Mg(NO3)2, Zn(NO3)2. Образованные
металл-замещенные ксерогели подвергали ГТ обработке в автоклаве при температурах
200-250ºС в течение 10-48 часов и ГТ-МВ обработке при давлении 10 атм. в течение 30
мин.
Методами сканирующей (СЭМ) и просвечивающей (ПЭМ) электронной
микроскопии установлено, что ГТ - вискеры представляли собой волокна с толщиной ~
50-100 нм и длиной 3-4 мм (аспектное отношение достигало 40000/1). Вискеры,
полученные ГТ-МВ методом, обладали меньшей длиной и более узким распределением
по ширине кристаллов, что связано с особенностями данного метода синтеза.
Методом РСМА установлен элементный состав вискеров MxV2O5+x•nH2O (M=Mg 2+ ,
Ba 2+ , Zn 2+ , H + ).
Положения бреговских рефлексов на рентгенограммах ГТ – вискеров
свидетельствует о том, что структура этих соединений различна. Кроме того, методом
РФА установлено, что в ГТ-МВ условиях при добавлении ПАВ образуется фаза VO2
(ICDD карточка [81-2392]). Данная фаза также обладала морфологией одномерных
вискеров (СЭМ).
Для решения структуры полученных образцов необходимо качественное и
достоверное индицирование рентгенограмм, что в значительной мере осложняется не
только неоднофазностью, но и неустойчивостью кристаллов к электронному и
рентгеновскому излучениям, что было доказано методами электронной дифракции,
дифракции отраженных электронов (ДОЭ) и РФА.
Методами гальваностатического циклирования и вольтамперометрии исследованы
электрохимические свойства Ba-замещенных вискеров. Основным преимуществом
данного объекта можно назвать стабильность высокой величины разрядной емкости (~140
мАч/г). Кроме того, при помощи цифрового мультиметра было измерено удельное
сопротивление вискеров, величина которого составила ~ 7,8 Ом•см.
1 Тезисы доклада основаны на материалах исследований, проведенных в рамках гранта Российского
Фонда Фундаментальных Исследований (грант № 07-03-00654).