Способ определения типа матрицы композитов металл-диэлектрик
Владельцы патента RU 2561017:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам определения критической концентрации одной из фаз в многофазной системе. Способ определения типа матрицы композитов металл-диэлектрик основан на том, что для определения типа матрицы предварительно измеряют электрическое сопротивление образца композита металл-диэлектрик при комнатной температуре, после чего указанный образец подвергают вакуумному изотермическому отжигу при температурах 300-400°C в течение 30 минут, после чего определяют электрическое сопротивление отожженного материала и сравнивают его с исходным значением. По увеличению значения электрического сопротивления образца устанавливают, что концентрация металлической фазы композита ниже значения, соответствующего порогу перколяции, и матрицей является диэлектрическая фаза со всеми соответствующими характеристиками, а при уменьшении значения электрического сопротивления композитного материала после термообработки определяют, что сплошной средой испытуемого композита является металлическая фаза.
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 диэлектрик. 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).
Недостатками метода является то, что данный метод не осуществим 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 типа матрицы композитов металл-диэлектрик без проведения элементного анализа или структурных исследований.
Решение указанной задачи достигается за счет того, что, в предложенном способе определения типа матрицы композитов металл-диэлектрик, согласно изобретению, для определения типа матрицы предварительно измеряют электрическое сопротивление образца композита металл-диэлектрик при комнатной температуре, после чего указанный образец подвергают вакуумному изотермическому отжигу при температурах 300-400°C в течение 30 минут, после чего определяют электрическое сопротивление отожженного материала и сравнивают его с исходным значением, при этом по увеличению значения электрического сопротивления образца устанавливают, что концентрация металлической фазы композита ниже значения, соответствующего порогу перколяции, и матрицей является диэлектрическая фаза со всеми соответствующими характеристиками, а при уменьшении значения электрического сопротивления композитного материала после термообработки определяют, что сплошной средой испытуемого композита является металлическая фаза.
Предложенный способ реализуется следующим образом.
Для определения типа матрицы предварительно измеряют электрическое сопротивление образца композита металл-диэлектрик при комнатной температуре и фиксируют его значения. После этого указанный образец подвергают вакуумному изотермическому отжигу при температурах 300-400°C в течение 30 минут, после чего определяют электрическое сопротивление отожженного материала и сравнивают его с исходным значением. По увеличению значения электрического сопротивления образца устанавливают, что концентрация металлической фазы композита ниже значения, соответствующего порогу перколяции, и матрицей является диэлектрическая фаза со всеми соответствующими характеристиками, а при уменьшении значения электрического сопротивления композитного материала после термообработки определяют, что сплошной средой испытуемого композита является металлическая фаза.
Использование предложенного технического решения позволит создать способ определения типа матрицы композитов металл-диэлектрик без проведения элементного анализа или структурных исследований.
Способ определения типа матрицы композитов металл-диэлектрик, характеризующийся тем, что для определения типа матрицы предварительно измеряют электрическое сопротивление образца композита металл-диэлектрик при комнатной температуре, после чего указанный образец подвергают вакуумному изотермическому отжигу при температурах 300-400°C в течение 30 минут, после чего определяют электрическое сопротивление отожженного материала и сравнивают его с исходным значением, при этом по увеличению значения электрического сопротивления образца устанавливают, что концентрация металлической фазы композита ниже значения, соответствующего порогу перколяции, и матрицей является диэлектрическая фаза со всеми соответствующими характеристиками, а при уменьшении значения электрического сопротивления композитного материала после термообработки определяют, что сплошной средой испытуемого композита является металлическая фаза.
