ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР ДУГОВЫМ В ЖИДКОЙ ФАЗЕ

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
251 
На  основании  экспериментальных  данных  разряд  в  жидкости  зажигают  разведением 
первоначально  сомкнутых  электродов.  Высокотемпературный  плазменный  шнур  дуги,  воз-
никающий между электродами, переводит в паровую фазу, как материал анода, так и окру-
жающую его жидкую фазу. В результате плазмохимических процессов в зоне паровой фазы 
образуются различные продукты синтеза, в том числе наночастицы, которые, конденсируясь, 
осаждаются в рабочей среде в виде сажи.  
Синтез нанопорошков никель уксуснокислого осуществляли в дистиллированной воде 
на  установке,  сконструированной  установке  дугового  разряда  в  жидкой  фазе.  Напряжение 
между  электродами  было  выбрано 78В,  рабочие  параметры U = 59 В, I = 1 А,  графитовые 
электроды марки МПГ-7, время синтеза 30 минут. 
При  проведении  эксперимента  графитовые  электроды  марки  МПГ-7  испарялись  в  по-
лученном растворе никель уксуснокислый/дистиллированная вода электрической дуге. Рас-
твор  с  продуктами  реакции  фильтровался  и  высушивался  на  фильтровальной  бумаге  при 
комнатной температуре. Далее представлены снимки оптической спектроскопии при напря-
жении 78В (рисунок 2) с увеличением в 150 раз. При напряжении 78В получились частицы с 
размером порядка 100-500 нм.  
 
 
 
Рисунок 2. Снимки оптической микроскопии 
 
Отличительной  особенностью  обсуждаемого  метода  синтеза  наноструктурных  угле-
родных  материалов  является  тот  факт,  что  благодаря  очень  быстрому  проведению  синтеза 
имеется возможность получать безкаталитические наноструктурные углеродные материалы. 
Примером такого процесса может служить синтез углеродных нанотрубок испарением чис-
того графита в жидких средах.  
 
Исследования проводились в рамках программы МОН РК: 0265/ПЦФ «Разработка но-
вых углеродных наноматериалов широкого спектра применения», 2015-2017гг. 
 
Литература 
1. Keypour et al. // Journal Of Nanostructure in Chemistry. – 2013. – Vol. 3. – P. 45-48. 
2. M.T. Gabdullin, T.S. Ramazanov, Kh.A. Abdullin, D.V. Ismailov, D.G. Batryshev, S.A. 
Sarbay, D.S. Kerimbekov, K.M. Amirkhanova, D.V. // 7th International conference on Advanced 
Nanomaterials – Portugal, 25-27July. –2016. 
3.ГабдуллинМ.Т., РамазановТ.С.,АбдуллинХ.А., БатрышевД.Г., ИсмаиловД.В., Оразба-
евС.А.,  КеримбековД.С.,  МатеноваШ. // Сб.  Трудов 8-ого  Международного  симпозиума 
«Физика и химия углеродных материалов/наноинженерия». -2014.–C.  295-297 
4. Alexey A. Popov, Shangfeng Yang, Lothar Dunsch, Endohedral Fullerenes // Chem. Rev. – 
2013. – Vol. 113. – P. 5989–6113. 
5. Andreas Rüegg, Sinisa Coh, Joel E. Moore, Corner states of topological fullerenes // Phys. 
Rev. B. – 2013. – Vol. 88. – P. 155127. 
 
 

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
252 
 
КОРРОЗИОННО – ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ ПОКРЫТИЙ, ОСАЖ-
ДАЕМЫХ ИЗ ХРОМОВОГО ЭЛЕКТРОЛИТА С ДОБАВЛЕНИЕМ МУРАВЬИНОЙ 
КИСЛОТЫ 
 
Г.Яр-Мухамедова, К.Мукашев, А.Мурадов 
 
КазНУ им.Аль-Фараби (НИИТЭФ), Алматы, Казахстан, 
gulmira.yar-muhamedova@kaznu.kz
 
 
В последнее время учеными разных стран уделяется большое внимание исследованию  при-
чин высокой коррозионной стойкости аморфных покрытий, осаждаемых из хромовокислого 
электролита с добавкой муравьиной кислоты. Показано, что повышенная стойкость к корро-
зии этих покрытий связана не с особенностями их аморфной структуры, а скорее, с включе-
нием углерода в состав покрытия. Установлено, что нанесение покрытий с добавкой муравь-
иной  кислоты  обуславливается  рядом  эффектов:  заторможенностью  процесса  растворения 
хрома, снижением перенапряжения водорода и образованием на поверхности металла особой 
пассивирующей пленки. Последний эффект является доминирующем и определяющем кор-
розионно – электрохимическое поведение хром – углеродных покрытий. Оксианионы шести-
валентного хрома принадлежат к числу труднорастворимых анионов, кинетические законо-
мерности разряда которых хорошо изучены на ртутном капающем электроде главным обра-
зом в щелочных и нейтральных раствора. При переходе к более кислым и концентрирован-
ным по хрому электролитам исследоавние электровосстановления в них осложняется вслед-
ствие сильного окислительного действия соединений шестивалентного хрома на большинст-
во электродных материалов, что приводит к растворению и пассивации последних. 
На  основе  этих  результатов  нами  проведено  исследование  возможности  получения 
КЭП на основе хрома, осажденного из электролита состава (г/л): CrO
3
-250-300; H
2
SO
4
 -2,5-
3,0,- с добавлением муравьиной кислоты начиная с 0,05 моль/л (2,3 г/л) и с таким же шагом 
0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35 и т.д. Осаждение покрытий проводилось на образцы из стали Ст 
3 при температуре 293К в течение 60 минут при плотности тока 3кА/м
2
.При каждом добав-
лении  муравьиной  кислоты  в  электролит  проводилось  электроосаждение  на  партию  образ-
цов, состоящих из 4 штук. Толщина покрытий 50-70 мкм. При добавлении новой концентра-
ции НСООН возникала необходимость или проработать электролит минимум 4 часа или же 
дать  ему  отстоятся,  т.к  если  начинать  наносить  покрытие  сразу  после  добавления  кислоты 
покрытие получаются черными с разводами по всему образцу. Возможно, это связано с но-
вым комплексообразованием, которому необходимо вжиться в среду электролита. Всего бы-
ло получено 13 партий образцов (52 шт.).  
Для испытания на коррозионную стойкость нано – КЭП хром-углерод был использован 
стенд НТЦ АО КИНГ, который  состоит из перистальтического насоса, бойлера  для поддер-
жания  постоянной  температуры,  распределителя  потока  воды,  двух  сообщающихся  колонн 
для размещения испытуемых образцов; термометра для контроля температуры агрессивной 
среды  и  буфера.  В  параллельных  колоннах  размещены  держатели  для  образцов,  благодаря 
которым одновременно испытывали в одинаковых условиях 8 образцов (по 4 образца на ка-
ждом плече стенда). Скорость потока, создаваемая перистальтическим насосом составляла40 
об/мин. В качестве коррозионной среды был выбран 3% раствор хлорида натрия, так как ио-
ны хлора являются высокими антагонистами хрома. До испытания образцы предварительно 
обезжиривались, промывались дистиллированной водой до полного смачивания. После этого 
образцы  высушивались,  упаковывались  в  фильтровыальную  бумагу,  выдерживались  в 
эксикаторе с влагопоглотителем в течение 1 часа и взвешивались на аналитических весах с 
точностью до 0,0001 г. После испытания определялось изменение массы образцов, для чего 
поверхность очищалась в последовательности: 

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
253 
- рыхлые продукты коррозии удалялись шпателем, щеткой, уайт-спиритом; 
- при наличии плотной пленки из продуктов коррозии допускалось их удаление 
Обработку  результатов  проводили  по  ГОСТ 9.506-87, п 2.6 показатель  точности – Е 
определяли по ГОСТ 9.502-82.  
Концентрат  углерода  исследовали  на  растровом  электронном  микроскопе JXA-8230 
фирмы JEOL (Япония). 
Анализ результатов экспериментальных исследований показал, что в пределах концен-
трации муравьиной кислоты 0,05 – 0,65 моль/л с ростом концентрации муравьиной кислоты 
наблюдается рост выхода по току хрома почти в 2 раза. Сравнивая значения выхода по току с 
добавлением НСООН со значениями выхода по току универсального электролита в пределах 
концентрации 0,05 – 0,2 моль /л наблюдается понижение выхода потоку хрома. Однако, уже 
начиная с 0,25 – по 0,65 моль/л выход по току хрома начинает превышать значения универ-
сального электролита. 
Подводя итог исследованию микроструктуры можно констатировать следующее.  
Методами оптической металлографии и электронной микроскопии установлено, что  уве-
личение  концентрации  муравьиной  кислоты  существенно  влияет  на  структуру  покрытия, 
уменьшая ширину трещин. Покрытия получаются более однородными по структуре и практиче-
ски беспористыми, тогда как чистые хромовые покрытия обладают значительной пористостью и 
микротрещиноватостью. 
Введение муравьиной кислоты в состав электролита приводит к образованию и последую-
щему внедрению наноструктурирного углерода в хромовую матрицу. Происходит«залечивание» 
трещин и пор, что оказывает положительное влияние антикоррозионную стойкость нано - КЭП. 
Гравиметрические исследования показали, чтостойкость возрастает до 10,3-17,6 раза по 
сравнению  с  чистыми  хромовыми  покрытиями.  Наилучшими  защитными  свойствами  обла-
дают нано-КЭП, полученные из электролита  с концентрацией 0,45-0,65 моль/л (увеличение 
стойкости достигает 17,6 раза).  
 
Работа  выполнена  при  поддержке  программы  Грантового  финансирования 
научных исследований МОН РК, грант 3110/ГФ4. 
 
 
 
 
 
 
 

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
254 
 
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СТРУКТУРНОЕ СОВЕРШЕНСТВО ГЕТЕРОЭПИ-
ТАКСИАЛЬНЫХ  СЛОЕВ Ga
x
In
1-x
P/GaP 
 
М.А. Абдукадыров  
 
Ташкентский университет информационных технологий, Ташкент, Узбекистан 
 
Как известно, основная особенность физических свойств твердых растворов Ga
x
In
1-x
P заклю-
чаются в том, что оптические переходы из валентной зоны в Г-минимум зоны проводимости 
достигает до энергии  фотонов hν≈2,24 эВ. Это делает их весьма перспективными при разра-
ботке  элементов  функциональной  оптоэлектроники  и  фотоэнергетики.  Вместе  с  тем,  в  на-
стоящее время основные физические свойства эпитаксиальных слоев Ga
x
In
1-x
P недостаточно 
изучены. 
 
В данном сообщении приводятся свойства эпитаксиальных слоев Ga
x
In
1-x
P, получен-
ных из раствора–расплава, обогащенного индием. В качестве подложечного материала слу-
жил монокристаллические пластины GaP, ориентированные по кристаллографической плос-
кости (100). Кристаллы GaP легированы  теллуром  до  концентрации  электронов  N
d
  ≈ 
10
17
…10
18
cм
-3
. Плотность дислокации в подложке составляла 3.10
4
 см
-2
. Температура начала 
кристаллизации  варьировалась    в  диапазоне 1123…1173К.  Охлаждение  раствора-расплава 
велись со скоростью ∆Т/∆t ≈ 0,3…1К/мкм. Состав выращенных эпитаксиальных слоев и его 
изменения по их толщине определяли люминесцентным методом на тестовых структурах пу-
тем  измерения  ширины  запрещенной  зоны  твердого  раствора.  Структурные  совершенства 
выращенных  эпитаксиальных  слоев  оценивались  металлографическим  методом.  Отметим,  
что  определение  состава Ga
x
In
1-x
P  при  различных  толщинах  позволило  контролировать  за 
изменениями состава и Е
g
 раствора. 
 
Проведенные  экспериментальные  исследования  показали  увеличение  коэффициента 
распределения при х<0,8. Анализ процесса роста  
эпитаксиальных слоев показали о трудности получения слоев переменного состава при вы-
соких содержаниях GaP в твердом растворе. 
 
При  изучении  дислокационной  структуры  выявлено,  что  в  рассматриваемых  гетеро-
эпитаксиальных слоях Ga
x
In
1-x
P с 0,8<х<0,9 плотность ямок травления колеблется в пределах 
5.10
4
…1.10
5
 см
-2
. Это связано, прежде всего, с небольшим расхождением параметров решет-
ки ( не более 1%).  
 
Получение  совершенных  однослойных  гетероструктур  с  относительно  малым  содер-
жанием GaP в  твердом  растворе  затруднительно  из-за  увеличения  несоответствия  парамет-
ров решетки контактирующих материалов. Поэтому нами  изучена возможность получения 
более совершенных слоев путем введения буферных слоев между активной областью и под-
ложкой.  Например,  при  последовательном  введении  между  подложкой  и  слоем Ga
x
In
1-x
P  
(х≈0,7)  двух  промежуточных  слоев  с  х≈0,9  и  х≈0,8  несоответствия  параметров  между  каж-
дым эпитаксиальным слое уменьшалось до  ≈ 0,73%. 
 
При послойном травлении однослойного Ga
x
In
1-x
P с х≈0,7 интенсивность краевого из-
лучения  заметно  уменьшается,  где  приграничных  с  подложкой  слоях  спад  интенсивности 
достигает до одного порядка. В трехслойных структурах с лицевымGa
x
In
1-x
P  (х≈0,7) замет-
ного изменения интенсивности краевого излучения в зависимости от толщины твердого рас-
твора не наблюдалось. 
 
Таким образом, введение промежуточных эпитаксиальных слоев Ga
x
In
1-x
P  с х=0,8 и 
х=0,9  между  подложкой  и  активной  областью  с  х=0,7  заметно  улучшает  структурного  со-
вершенства, твердых растворов Ga
x
In
1-x
P/GaP, которые по физическим свойствам приближа-
ются гомоэпитаксиальным слоям.  

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
255 
 
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГЕЛИО-
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ  
 
Т.А. Джалалов
1
, Э.З.Имамов
1
, Р.А. Муминов
2
 
 
1
Ташкентский университет информационных технологий, Ташкент, Узбекистан, 
tdjalalov@gmail.com 
2
Физико-Технический Институт НПО «Физика-Солнце» АН Руз. Ташкент, Узбекистан 
 
Производство  гелиоэнергетических  устройств  требует  разработки  новых  подходов  к  повы-
шению их эффективности. Практически все традиционные методы исчерпали себя.  
Традиционный подход повышения эффективности фотоэлемента, предназначенного для 
массового  преобразования  света  в  электричество,  основывался  на  применении  в  качестве 
подложки  солнечного элемента,  по  возможности,  чистого  и  строго  кристаллического  крем-
ния. Кроме того, надо было управлять свойствами фотоэлемента, параметры которого сильно 
зависят от его р-п перехода, глубины его залегания и материала подложки. Однако, это доро-
гостоящий путь, но, самое главное, этот путь не удовлетворяет ожиданиям о создании деше-
вых,  долговечных,  устойчивых  и  стабильных  фотоэлементов  для  массового  производства 
электроэнергии.  
К такому печальному выводу можно прийти также и на основе   термодинамического 
закона  возрастания  энтропии.  В  самом  деле,  монокристаллическое  состояние  кремния,  ис-
пользуемого  в  фотоэлементах,  характеризуется  высокой  степенью  симметрии,  и  такое  со-
стояние не может сохраняться долго. Система медленно, но верно будет стремиться перейти 
в состояние термодинамического равновесия с гораздо меньшей степенью симметрии. При-
бор, ориентированный на свойства монокристаллического кремния, начнет терять свои рабо-
чие параметры, то есть стареет и выходит из строя.  
Конечно, описываемый процесс старения длится годами, но не десятилетиями. А требо-
вания к солнечным панелям гелиостанций высокие:  желательно, чтобы они работали гаран-
тированно 15-30 лет. Только в этом случае гелиоэнергетика сможет конкурировать с  углево-
дородной  энергетикой.  Значит,  надо  искать  иные  методы,  иные  подходы  для  дальнейшего 
совершенствования гелиоустановок.  
В результате литературного анализа было найдено два принципиально новых подхода 
увеличения эффективности солнечных элементов, предложенные в работах [1]:  
- необходимость деления одного сплошного р-п перехода на много частей; 
- целесообразность использования в качестве подложки солнечного элемента достаточ-
но сильно дефектного кремния.  
Эта идея о разделении одной подложки на многопереходные ячейки была распростра-
нена до наноразмерности, что, тем самым, приблизила получаемые отдельные  наноразмер-
ные «р-п переходы» к поверхности подложки. Кроме того, прямо у освещаемой поверхности 
подложки  оказалась  также  и  область  пространственного  заряда.  В  соответствии  со  второй 
идеей  в  качестве  подложки  солнечного  элемента  был  использован  обычный  технический 
кремний.  
Подробный теоретический анализ полученной системы, которую авторы назвали «сол-
нечным  элементом  с  наноразмерными  контактными  структурами»,  проведен  в  комплексе 
работ [2]. 
Отличительной  особенностью  новой  контактной  структуры  от  рассмотренного  еще  в 
1947 году Дж.Бардином [3] двойного контактного кремниевого слоя вблизи освещаемой по-
верхности  подложки,  является  то,  что  у  отдельного  «наноразмерного  р-п  перехода»  р-
область представляет  собой  новый класс спонтанно упорядоченных наногетероструктур.  

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
256 
Это равновесные массивы трехмерных когерентно напряженных островков из другого 
электроемкого  полупроводника  (например,  халкогениды  свинца).  Методом  молекулярно-
пучковой  эпитаксии  (МПЭ)  эти  полупроводниковые  гетероэпитаксиальные  периодически 
упорядоченные  наноструктуры  на  освещаемой  поверхности    кремниевой  подложки  форми-
руются спонтанно.  
Полученные  полупроводниковые  гетероструктуры,  являются  идеальными  квантовыми 
точками,  обладающие  энергетическим  спектром,  подобным  спектру  одиночного  атома  (на-
бор дискретных уровней, разделенных областями запрещенных состояний). И это несмотря 
на то, что реальная квантовая точка при этом может состоять из сотен тысяч атомов.  
Реализация  идеальных  наногетероструктур,  то  есть  квантовых  точек  с  высоким  кри-
сталлическим совершенством и высокой однородностью по размерам стала возможной бла-
годаря  фундаментальному  эффекту  самоорганизации  полупроводниковых  систем.  Именно 
этому  явлению  характерно  спонтанное  возникновение  наноструктур.  Самоорганизация    на-
ноструктур понимается как самопроизвольное возникновение макроскопического порядка в 
первоначально однородной замкнутой системе.  
Явление  «самоорганизации»  позволяет  получать  нановключения узкозонных  полупро-
водников (халкогениды свинца:∆Е
g
~ 0,2÷0,4 эВ) с характерными размерами 1 ÷ 100 нм в ши-
рокозонной матрице (кремний: ∆Е
g
~ 1,1 эВ) и тем самым создавать локализующий потенци-
ал для носителей тока.  
В  докладе  будут  также  проанализированы    процесс  формирования  примесной  ИК-
фотопроводимости  в  солнечных  элементах  с  наноразмерными  контактными  структурами,  
требования  к  материалу  подложки  солнечного  элемента  с  наноразмерными  контактными 
структурами, а также роль поверхностных состояний в них.  
 
Литература 
1. Цой Б. //Преобразователь Электромагнитного Излучения // EP2405487 A1 - Патент в 
Евразийском патентном ведомстве. 2012.08.30  
Цой Б. //Способ изготовления пучкового перехода, пучковый преобразователь электро-
магнитного  излучения //№WO 2011/040838 A2. Патент  во  всемирной  организации 
интеллектуальной собственности. 07. 04.2011. 
2. E.Z. Imamov, T. A. Dzhalalov, , and R. A. Muminov/ Electrophysical Properties of the 
“Nano-object—semiconductor” new contact structure/ ISSN  1063-7842, Technical physics, 2015, 
Vol. 60, No. 5, pp. 740-745 © Pleiades Publishing, Lid., 2015.  
T.A.Dzhalalov, E.Z.Imamov, R.A.Muminov/«The Electrical Properties of a SС with Multiple 
Nano scale p–n Transitions» //ISSN 0003701X, Applied Solar Energy, 2014, Vol. 50, No. 4, p.p. 
228–232. © Allerton Press, Inc., 2014  
R.A.Muminov,E.Z.Imamov,T.A.Jalalov/ Condition and prospects of the problem of the direct 
transformation of the solar radiation in electric energy on base silicon photo transformation/ 
//Jorn.“Problems of energy and sources saving” (special issue) № 3-4. Tashkent, 2013, P.50-55 
E.Z.Imamov, T.A.Jalalov, R.A.Muminov, H.Kh.Rakhimov //The theoretical model of new 
contact structure “nanoobject-semicondactor“ //J.”Computational nanotechnology”. XII. 2015. 80 
page , №4. Moscva p.p58-63     ISSN 2313-223X. 
Imamov E. Z., Djalalov T. A., Muminov R. A., Rakhimov R. Kh. //The Difference Between 
The Contact Structure With Nanosize Inclusions From The Semiconductor Photodiodes// 
J.”Computational nanotechnology”.№3-2016, p.p.203-207, ISSN 2313-223X. Moscva 
3. J.Bardeen, Phys.Rev.,71. 717 (1947). 
 
 
 
 

Алматы, Қа
_________
 
 

жүктеу/скачать 11,53 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: