Створення дифузійного бар’єру на міжфазній поверхні композиційних покриттів, зміцнених вуглецевими нанотрубками

Abstract

Розглянуто особливості створення композиційних покриттів, зміцнених вуглецевими нанотруб- ками та існуючі підходи до оцінки міжфазної взаємодії у масивних композиційних матеріалах з воло- книстою формою зміцнювача. Загальні положення теорії міжфазної взаємодії композиційних матері- алів перенесено з масивних об’єктів на нанорозмірні. Відзначено, що особливістю систем з нанорозмі- рними компонентами є неможливість контрольованої організації хімічної взаємодії на міжфазній по- верхні через малі розміри зміцнювача, наприклад, вуглецевих нанотрубок. Товщина одностінних ву- глецевих нанотрубок складає один атомний шар, що практично виключає можливість створення умов для контрольованої хімічної взаємодії на межі матриці з карбідоутворюючого металу та вуглецевими нанотрубками. У роботі теоретично обґрунтовано вирішення проблеми міжфазної взаємодії в наноко- мпозитних матеріалах шляхом створення дифузійного бар’єру з не карбідоутворюючого металу (зок- рема міді) на поверхні вуглецевих нанотрубок. Найбільш ефективним засобом створення дифузійного бар’єру є конденсація електрично нейтрального пару металу на поверхні вуглецевих нанотрубок. Ек- спериментально доведено можливість створення дифузійного бар’єру з міді на міжфазній поверхні у вигляді покриття, який в подальшому дозволить регулювати взаємодію металевих компонентів ком- позиції з вуглецевими нанотрубками

The paper describes the features of creating of reinforced with carbon nanotubes composite coatings and existing approaches to the interphase interaction evaluation in massive composite materials with a fi- brous form of the strengthening phase. General aspects of the composite material interphase interaction theory are transferred from massive to nanoscale objects. It is noted that for compositions with nanoscale components is difficult to create a controlled organization of chemical interaction on the interphase surface because of the strengthening phase small dimensions, for example, carbon nanotubes. The thickness of a single-walled carbon nanotube is one atomic layer, which practically excludes the possibility of controlled chemical interface interaction of a carbide-forming metal matrix with carbon nanotubes. The problem solu- tion of interphase interaction in nanocomposite materials theoretically substantiated by creating a non- carbide-forming metal (particularly copper) diffusion barrier on the carbon nanotubes surface. The most ef- fective way for a diffusion barrier creating is the condensation of an electrically neutral metal steam on the carbon nanotubes surface. It has been experimentally proved the possibility of creating a copper diffusion barrier as a coating on the interphase surface, which will allow regulating the interaction of the composi- tion metal components with carbon nanotubes.