|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Легированные углеродные полимеры (поликарбины): синтез и функциональные свойстваНИР
Doped carbon polymers (polycarbynes): synthesis and functional properties
- Руководитель НИР: Сизов А.И.
- Участники НИР: Бердоносова Е.А., Звукова Т.М., Колосов Н.А., Курмаев Д.А., Чувиков С.В.
- Подразделение: Кафедра химической технологии и новых материалов
- Срок исполнения: 1 января 2015 г. - 31 декабря 2017 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 15-03-06976
- Номер ЦИТИС: 115012770020
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Функциональные материалы, наноматериалы и технологии
- ПН России: Индустрия наносистем
- Направление технологического прорыва России: Энергоэффективность и энергосбережение
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.17.15 Неорганическая химия
-
Ключевые слова:
легирование, углеродные полимеры, физико-химические характеристики, легированный алмаз
doping, carbon polymers, physico-chemical characteristics, doped diamond -
Описание:
Целью проекта является разработка эффективных методов синтеза и исследование физико-химических свойств углеродных полимеров, являющихся прекурсорами при формировании объемных и тонкопленочных алмазных покрытий с особыми электрофизическими свойствами. Для достижения поставленной цели будут решаться задачи, связанные с: - разработкой методов получения углеродных полимеров из ряда поликарбинов, легированных атомами магния, бора, фосфора, мышьяка или путем внедрения в углеродную матрицу молекулярных соединений переходных или непереходных металлов; - исследованием строения и определением физико-химических характеристик полученных углеродных полимеров - предшественников применительно к задачам получения легированных алмазных фаз и слоев; - исследованием способов термического и термобарического воздействия на полученные легированные полимеры- предшественники, позволяющих повысить эффективность образования целевых углеродных фаз – с требуемыми механическими, морфологическими и электрофизическими характеристиками; - исследованием структурных, физико-химических и электрофизических характеристик полученных легированных алмазных (углеродных) фаз.
-
Abstract:
The purpose of the project is to develop efficient synthesis for doped carbon polymers of the polycarbynes family, and to study physico - chemical properties of the compounds and it’s ability to form diamond coatings with special physical properties.. To achieve this purpose following tasks will be solved: - development of synthesis for carbon polymers of the family of polycarbyne doped with magnesium, boron, phosphorus, arsenic, sulfur, REE atoms, or molecular compounds of transition or nontransition metals; - study of structure and physico -chemical characteristics of the obtained carbon doped polymers used to obtain doped diamond phases and layers; - research of thermal and thermobaric effects on the resulting doped polymers for efficient formation of carbon (diamond) phases with the required mechanical, morphological and electro-physical characteristics; - study of the structural, physico-chemical and electrophysical characteristics of the obtained doped diamond (carbon) phases.
-
Планируемые результаты:
Будут разработаны методы синтеза легированных углеродных полимеров ряда поликарбина с использованием совместной конденсации CHX3, C6H5CX3 (X = Br, Cl) и легирующих добавок – SiCl4, BBr3, PBr3, TiCl4, ZrCl4, (C5H5)2TiCl2, (C5H5)2ZrCl2 при действии активных металлов Mg, Ca, Na, K в условиях мехактивации и нафталида натрия Na[C10H8]. С помощью этих методов будут получены легированные производные поликарбинов различных типов - поли(гидридокарбина), поли(фенилкарбина), поли(фенил-со-гидридокарбина). С помощью ряда физико - химических методов будут изучены состав и строение полученных соединений, исследованы особенности их термического распада с образованием легированных алмазных (углеродных) фаз и слоев. Будут исследованы закономерности использования полученных легированных поликарбинов в нуклеации и плазмохимическом росте алмазных (углеродных) пленок, а также каталитические свойства
-
Научный задел:
Ранее нами было показано, что для синтеза нелегированных углеродных полимеров класса поликарбина может быть использованы реакции конденсации тригалогенидов CHX3, C6H5CX3 (X = Br, Cl) с помощью активных металлов (Mg, Ca, Na, K) в условиях механической активации, а также при действии солей типа Na[C10H8]. В настоящей работе поставлена задача дальнейшего развития этих синтетических подходов применительно к получению легированных углеродных полимеров класса поликарбина
-
Основные результаты:
Разработаны методы синтеза легированных углеродных полимеров класса поликарбина с использованием совместной конденсации CHX3, C6H5CX3 (X = Br, Cl) и легирующих добавок – SiCl4, BBr3, PBr3, TiCl4, ZrCl4, (C5H5)2TiCl2, (C5H5)2ZrCl2 при действии активных металлов Mg, Ca, Na,K в условиях мехактивации и нафталида натрия Na[C10H8]. С помощью этих методов были синтезированы легированные производные: поли(гидридокарбина) - [E0,01(CH)]n (I), [E0,3(CH)29(C10H8)] (II) (E = Si, B, P); поли(фенилкарбина) - {(C6H5C)[M]x}n (III), {(C6H5C)[(C5H5)2M]x}n (IV) (M = Ti, Zr; x = 0.05, 0.1); смешанного полимера - {(CH)0,6(C6H5C)0,4[(C5H5)2M]х }n (V) (M = Ti, Zr; x = 0.05, 0.1). Полученные полимеры охарактеризованы данными элементного анализа и методами 1H-ЯМР-, ЭПР-, ИК- спектроскопии. С помощью КР – спектроскопии и рентгенофазового анализа изучены процессы термолиза полимеров I и II типов. Показано, что продуктами термолиза пленок I и II типов на кремниевых подложках являются содержащие алмазные зародыши легированные углеродные покрытия, из которых методом CVD – роста могут быть получены легированные алмазные пленки с полупроводниковыми свойствами. Для полимеров IV и V типов, а также для аддуктов (C5H5)2MCl2 с нелегированным поликарбинами составов {(C6H5C)[(C5H5)2MCl2]x}n (А) и {[(CH)0,6(CPh)0,4][(C5H5)2MCl2]x}n (Б) (M = Ti, Zr; x = 0.05, 0.1) была изучена каталитическая активность в полимеризации этилена. Показано, что как в полимерах IV, V, так и в составе аддуктов А, Б поликарбиновый лиганд может промотировать активность каталитического центра.
- Добавил в систему: Сизов Александр Ильич
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Легированные углеродные полимеры (поликарбины): синтез и функциональные свойства |
| Результаты этапа: В результате 1 этапа разработаны методы синтеза легированных поликарбинов конденсацией алкилполигалогенидов RСX3, С2X6 (Х = Cl, Br; R = H, Ph) и легирующих добавок (галогениды или комплексы Mg, Si, B, Zr) при действии: а) активных металлических восстановителей – Mg, Ca, Na, K в условиях механоактивации; б) ион-радикальной соли Na+[C10H8]-. Исследованы особенности протекания этих реакций в зависимости от: а) соотношений реагентов галоидный алкил – восстановитель и галоидный алкил - легирующая добавка; б) вида используемого растворителя (эфир, ТГФ, диметоксиэтан, ацетонитрил); в) температуры реакционной смеси (от -78 оС до точки кипения растворителя). Исследованы состав и строение полученных соединений с использованием ряда физико-химических методов (элементный анализ, ЯМР, ЭПР - спектрометрия, ИК и КР- спектроскопия)и наработаны опытные образцы полученных легированных полимеров ряда поликарбина. Проведено исследование закономерностей термического разложения полученных опытных образцов легированных полимеров в инертной атмосфере (аргон), изучено строение образующихся углеродных фаз и покрытий с использованием методов электронной микроскопии, локального элементного анализа, рентгенофазового анализа, КР - спектроскопии. Исследованы закономерности использования полученных легированных поликарбинов в процессах нуклеации и роста легированных алмазных слоев в плазмохимических CVD – реакторах, изучены физико-химические и электрофизические свойства полученных легированных алмазных (углеродных) покрытий и фаз. | ||
| 2 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Легированные углеродные полимеры (поликарбины): синтез и функциональные свойства |
| Результаты этапа: Разработаны методы синтеза легированных углеродных полимеров класса поликарбина с использованием совместной конденсации CHX3, C6H5CX3 (X = Br, Cl) и легирующих добавок – AsCl3, S, РЗМ, TiCl4, ZrCl4, (C5H5)2TiCl2, (C5H5)2ZrCl2 и комплекса состава LTiCl2(OHiPr)2, (L = 2,4-Ди-трет-бутил-6-(1,1,1,3,3,3-гексафторо-2-гидроксипропан-2-ил) фенолят) при действии активных металлов Mg, Ca, Na,K в условиях мехактивации и в гомогенной реакции с Na+[C10H8]-. С помощью этих методов были синтезированы легированные производные: поли(гидридокарбина) - [E0,01(CH)]n (I), [E0,3(CH)29(C10H8)] (II) (E = As, S, Eu); поли(фенилкарбина) - {(C6H5C)[M]x}n (III), {(C6H5C)[(C5H5)2M]x}n (IV) (M = Ti, Zr; x = 0.1-0.2); сополимеров - {(CH)0,6(C6H5C)0,4[(C5H5)2M]0,1}n (V), {(CH)0,9(C6H5C)0,1[(C5H5)2M]0,1}n (VI), {(CH)0,9(C6H5C)0,1[M]х }n (VII) (M = Ti, Zr; x = 0.1), а также комплексы {(CH)0,6(C6H5C)0,4[LTi]0,1}n (VIII) и {(CH)20(C6H5C)9[LTi]0,3(С10H8)}n (IX) (L = 2,4-Ди-трет-бутил-6-(1,1,1,3,3,3-гексафторо-2-гидроксипропан-2-ил) фенолят). Полученные легированные полимеры охарактеризованы данными элементного анализа и методами 1H-ЯМР-, ЭПР-, ИК- спектроскопии. С помощью КР – спектроскопии и рентгенофазового анализа изучены процессы термолиза полимеров I и II типов. Показано, что продуктами термолиза пленок I и II типов на кремниевых подложках являются углеродные покрытия, содержащие легированные алмазные зародыши, из которых методом CVD могут быть получены легированные алмазные структуры с полупроводниковыми и люминесцентными свойствами. Для полимеров III - IX типов была изучена каталитическая активность в полимеризации этилена при активации МАО (Al: M = 1000). Показано, что полимеры III - IX проявляют свойства активных катализаторов этого процесса. | ||
| 3 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Легированные углеродные полимеры (поликарбины): синтез и функциональные свойства |
| Результаты этапа: Реакциями соконденсации мономеров CHX3, C6H5CX3, X3C(C6H4)2СX3 (X = Br, Cl) и легирующих добавок BBr3, PBr3, AsCl3, S, SiCl4, GeCl4, EuCl3, YbCl3, TiCl4, ZrCl4, (C5H5)2TiCl2, (C5H5)2ZrCl2 при действии металлов Mg, Ca, Na,K с применением мехактивации и ион-радикальной соли Na+[C10H8]- синтезированы легированные углеродные полимеры класса поликарбина составов [E0,01(CH)]n (I), [E0,3(CH)29(C10H8)]n (II), [E0,01(CH)Bu0,01]n (III) (E = B, P, As, S, Si, Ge, Eu, Yb); [M0,1(CH)]n (IV), [(C6H5C)M0,1]n (V) (M = Ti, Zr, (C5H5)2Ti, (C5H5)2Zr); {(CH)x(C6H5C)y[(C5H5)2M]0,1}n (VI) (M = Ti, Zr; x = 0.6 - 0.9; y = 0.4 - 0.1); {(CH)x[C(C6H4)2C]y[(C5H5)2M]0,1}n (VII) (M = Ti, Zr; x = 0.6,- 0.9; y = 0.4 - 0.1). Помимо этого, синтезированы поликарбины, легированные комплексами Ti составов {(CH)0,7(C6H5C)0,3[L’Ti]0,01}n (VIII), {(CH)20(C6H5C)9[L’Ti]0,2(C10H8)}n (IX), {(CH)0,7(C6H5C)0,3[L’’Ti]0,01}n (X), {(CH)20(C6H5C)9[L’’Ti]0,2(C10H8)}n (XI), где L’ и L’’ – объемные хелатирующие лиганды [(tBu)2(C6H2)O][C(CF3)2O] и [(tBu)2(C6H2)O][CHNC6H5], соответственно. Полученные поликарбины охарактеризованы данными элементного анализа, методами ЯМР-, ЭПР-, ИК- спектроскопии. Изучены процессы термического разложения пленок полимеров I - III типов. С использованием методов КР– спектроскопии, рентгеновской и электронной дифракции показано, что продуктами разложения таких полимеров являются покрытия, содержащие легированные зародыши алмаза, использование которых в плазмохимическом процессе позволяет получить алмазные пленки, легированные атомами B, P, As, S, Si, Ge, Eu, Yb. Для легированных соединениями Ti и Zr поликарбинов IV – XI изучена каталитическая активность в полимеризации этилена. Показано, что активность комплексов зависит от вида и состава поликарбиновых лигандов, связанных с металлическим центром. Найдено, что наибольшую активность проявляет соединение VIII, содержащее в окружении атома титана объемный хелатирующий лиганд L’ и поли(гидридо-со-фенилкарбин). | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".