Способ определения концентрационного положения порога перколяции

Способ определения концентрационного положения порога перколяции

Реферат

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам определения критической концентрации одной из фаз в многофазной системе.

Нанокомпозиты металл-диэлектрик представляют собой твердотельные среды, содержащие две фазы, радикально отличающиеся друг от друга по своим свойствам: одной фазой нанокомпозитов является металл или металлический сплав, другой фазой - диэлектрик. Размеры отдельного фазового включения обычно находятся в интервале 1-8 нм. Сплошной фазой композита - матрицей - может быть диэлектрик, в этом случае металлическая фаза имеет вид наноразмерных гранул, или металл - в этом случае нанодисперсной фазой будет диэлеткрик. В этой связи важной характеристикой, определяющей свойства композитов, является значение концентрации металлической фазы, при которой происходит формирование сплошного металлического канала из контактирующих друг с другом гранул - образование перколяционного кластера. Такая концентрация обычно ассоциируется с понятием порога перколяции. Важность определения положения порога перколяции обусловлена тем, что в его окрестности происходит радикальное изменение всех физических свойств нанокомпозита.

В настоящее время в случае экспериментальной работы с наногранулированными композитами за порог перколяции принимается состав, являющийся пограничным между композитами с положительным и отрицательным знаком температурного коэффициента электросопротивления (ТКС). Это действительно простой и эффективный метод, поскольку положительный знак ТКС свидетельствует о металлической проводимости в композите и отражает, следовательно, факт наличия перколяционных кластеров и проводящих цепочек в материале. До порога перколяции проводимость не металлическая и ТКС соответственно отрицательный (Положение порога перколяции нанокомпозитов аморфных сплавов Co₄₁Fe₃₉B₂₀, Co₈₄Nb₁₄Ta₂ и Fe₄₅Co₄₅Zr₁₀ в матрице из SiO₂ и Al₂O₃: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. к.ф.-м.н.: Спец. 01.04.07 / Ситников А.В. [Воронеж, гос. техн. ун-т]. - Воронеж, 2002. - Прототип).

Недостатком метода является то, что данный метод неосуществим в наногранулированных композитах с аморфной структурой, поскольку в аморфных металлических сплавах знак ТКС может быть как положительным, так и отрицательным. Поэтому даже за порогом перколяции электросопротивление аморфного композита может убывать с увеличением температуры, несмотря на металлическую проводимость.

Задачей изобретения является создание простого и надежного способа определения порога перколяции в нанокомпозиционных материалах.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в предложенном способе определения концентрационного положения порога перколяции в наногранулированных композитных материалах с системой фаз металл-диэлектрик, включающем определение концентрации металлической фазы и определение электрического сопротивления композитных материалов до и после термообработки, согласно изобретению термообработку проводят в виде 30-минутных вакуумных изотермических отжигов при температурах 400°C, 450°C и 500°C, при этом за концентрационное положение порога перколяции принимают такую концентрацию металлической фазы, при которой сопротивление композитного материала после проведения указанных термообработок не изменяется.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где показана концентрационная зависимость удельного электрического сопротивления композитов (Co₄₁Fe₃₉B₂₀)_x(Al₂O₃)_100-x в исходном состоянии и после 30-минутных отжигов при 673; 723 и 773 К.

Предложенный способ реализуется следующим образом.

Для определения концентрационного положения порога перколяции исследуемые материалы подвергают вакуумному изотермическому отжигу при температурах 400°C, 450°C и 500°C в течение 30 минут, после чего определяют электрическое сопротивление отожженного материала. За концентрацию порога перколяции принимают такую концентрацию металлической фазы, при которой сопротивление композитного образца не изменяется после проведенной термообработки.

Таким образом, метод определения порога перколяции на основе анализа изменений концентрационной зависимости удельного электросопротивления наногранулированных композитов является более универсальным и быстрым. Технически достаточно провести разовый отжиг всех композитов и измерить величину ρ для определения положения порога перколяции.

Использование технического решения позволит создать простой и надежный способ определения порога перколяции в нанокомпозиционных материалах.

Способ определения концентрационного положения порога перколяции в наногранулированных композитных материалах с системой фаз металл-диэлектрик, включающий определение концентрации металлической фазы и определение электрического сопротивления композитных материалов до и после термообработки, отличающийся тем, что термообработку проводят в виде 30-минутных вакуумных изотермических отжигов при температурах 400°C, 450°C и 500°C, при этом за концентрационное положение порога перколяции принимают такую концентрацию металлической фазы, при которой сопротивление композитного материала после проведения указанных термообработок не изменяется.