Салбар : Байгалийн шинжлэх ухаан
Төслийн дугаар :
Төслийн төрөл : Сэдэвт ажил
Хугацаа: 2019-2020
Санхүүжилт: 31,000.0 мян.төг
Түлхүүр үг : Нуман ниргэлэг, усан дахь нуман ниргэлэг, графит, катодын депозит буюу катодын хуримтлал, нүүрстөрөгчийн бүтээгдэхүүнүүд, кристалл фаз, аморф фаз, 2H гексагональ өрөлт, 3R ромбоэдр өрөлт, Шигийн загвар, санамсаргүй шилжилт ба өрөлтийн сэв, морфологи, нүүрстөрөгчийн хоёр хэмжээст үе, үеийн хуйлалт, нүүрстөрөгчийн нимгэн ширхгүүд, нанохоолойн ургалт, хэмжээгээрээ түгэх түгэлт.
Үр дүн
1. Төслийн хүрээнд хийсэн судалгааны ажлуудын үр дүнг 3 удаа олон улсын хуралд, 1 удаа улсын хэмжээний хуралд, 2 удаа байгууллагын эрдмийн зөвлөл болон их семинарт хэлэлцүүлэв. Мөн хагас жил бүр санхүүжүүлэгч болон гүйцэтгэгч байгууллагын удирдлагатай хийсэн санхүүжүүлэх, хэрэгжүүлэх гэрээ ба менежерийн үр дүнгийн гэрээний дагуу явцын болон мониторингийн тайлан өгч, харин жилд 1 удаа захиалагч байгууллага дээр явцын тайланг хэлэлцүүлсэн. Судалгааны үр дүнгүүдийг нэгтгэн олон улсын хуралд эрдэм шинжилгээний илтгэл, өгүүлэл 6, гадаадад 4, нийт 10 илтгэл өгүүлэл, 1 монографын бүлэг хэвлүүлснээс гадна 1 патент авлаа. Энэ судалгааны ажлын явцад гаргасан үр дүнгүүдийг энэ тайлангийн бүлэг, сэдэв бүрт нь багтаан оруулсан. Тайланд тусгагдсан эдгээр үр дүнгүүд болон дагалдан гарах дүгнэлтүүдийг дараах байдлаар товчлон нэгтгэж болно.
2. Ниргэлгийн явцад электродын гадаргуу дээр хуримтлагдан үүсэж байгаа материал буюу катодын хуримтлал нь дан нүүрстөрөгчөөс тогтох бөгөөд төрөл бүрийн морфологи бүхий, харилцан адилгүй шинж чанартай, нано хэмжээст ширхэгт бүтэцтэй байдаг. Катодын хуримтлалыг бүрдүүлж байгаа эдгээр хэсгүүдийг үндсэнд нь жижиг, шугаман, аварга хэмжээтэй гэж гурав ангилж болох бөгөөд жижиг хэсгүүдийн шугаман хэмжээ 10-100нм мужид, талуудын харьцаа 3-5-аас хэтрэхгүй, шугаман хэсгүүдийн урт 50-1600нм мужид, талуудын харьцаа 5-100, аварга хэмжээтэй хэсгүүдийн шугаман хэмжээ 100-500нм мужид, харин талуудын харьцаа 1-д ойрхон байдаг. Агаар доторхи нуман ниргэлгийн явцад үүсэх хуримтлал дотор аварга хэмжээтэй хэсгүүд бараг үүсдэггүй, ихэвчлэн жижиг ба шугамлаг хэсгүүд үүсдэг. Усан дотор явуулсан ниргэлгээс үүсэх хуримтлалын доторхи аварга хэмжээтэй хэсгүүдийн эзлэх хувь 60%, шугамлаг бүтцийн эзлэх хувь 34%, нанометрийн эрэмбийн хэмжээтэй жижиг хэсгийн эзлэх хувь 6% байна. Дээжийн дотор байгаа эдгээр хэсэг бүрийн тоон нягтын харьцаа 1:6:11 байна.
3. Усан болон агаарын орчинд графит электродуудын хооронд явагдаж байгаа тогтмол гүйдлийн нуман ниргэлгийн явцад үүсэх катодын хуримтлал доторхи шугаман хэсгүүд нь дотроо нүүрстөрөгчийн нанохоолой, нано утас, нанород гэсэн гурван хэлбэрээр зэрэгцэн үүсэж байдаг. Эдгээр нано хэмжээст онцгой хэсгүүд хоорондоо холилдон оршихоос гадна нэг нь нөгөөгийнхөө үүсэх суурь нь болж байдаг. Ердийн агаар дотор явагдах нуман ниргэлгээр нүүрстөрөгчийн нанохоолой, нано утас үүсгэх боломжтой төдийгүй дангаар нь ялган авч болох бөгөөд энд үүсэж байгаа нанохоолой, нано утаснууд хэдэн микрометр хүртэл урттай байж болдог.
4. Ниргэлгийн явцад үүсэж байгаа эдгээр хэсгүүд дан нүүрстөрөгчөөс тогтох бүтцүүд юм. Усан дотор явагдаж байгаа ниргэлгийн үед катод дээр урган бий болж байгаа биет хэсгийг бүрдүүлэгч жижиг хэсгүүд нь механикийн хувьд харилцан адилгүй шинж чанартай, дан нүүрстөрөгчөөс тогтох үндсэн гурван хэлбэртэй байна. Эдгээрийн дотроос нано хэмжээтэй шугаман хэсгүүд аль нэг хэсгээрээ заавал өөр нэг хэсэгтэй холбогдсон байдаг нь катодын гадаргуу дээр ургаж байгаа бүтцийн дотор ажиглагдах шугамлаг бүтцүүд (нано хоолой, нано утас) ихэвчлэн ургах замаар үүсдэг гэсэн дүгнэлтэд хүргэж байгаа юм. Нөгөө талаас богино хэмжээтэй ийм хэсгүүд үзүүр хэсэг рүүгээ үргэлж нарийссан байдаг нь үүнийг батлах нэг онцлог юм. Эндээс ургасан хэсгийн дотор байгаа нанометрийн эрэмбийн хэмжээтэй жижиг хэсгүүд болон аварга хэсгүүд нь нано эрэмбийн хэмжээний диаметртэй шугамлаг хэсгүүдийн ургах суурь нь болдог гэсэн дүгнэлтийг мөн гаргаж болно.
5. Ниргэлгийн явцад үүсэж байгаа бүтээгдхүүнүүдийн хувьд (i) катод дээр
4
цугларч үүссэн бүтээгдэхүүнүүд хялбархан эвдэрч салах боломжтой, (ii) орчин дотор ялгарч үүссэн бүтээгдэхүүнүүд нүүрстөрөгчийн 2D үе болон олон давхар хавтгайнуудаас тогтдог гэсэн үндсэн онцлогтой байдаг. Эдгээрээс нано хэмжээтэй хэсгүүд (i) нүүрсрөгч агуулсан материалын ууршилтаар, (ii) тодорхой нөхцөл биелсэн тохиолдолд атомчлагдсан хий тухайн мужид очиж суун ургах замаар, (iii) нүүрстөрөгчийн хавтгайнууд хуйлагдах замаар үүсдэг гэсэн дүгнэлт гардаг.
6. Энэ судалгаанаас үзэхэд нүүрстөрөгчийн хоёр хэмжээст үе буюу графен зөвхөн катодын хуримтлалын гадаргуу юмуу эсвэл ниргэлгийн явцад орчин луу ууршиж орсон бүтээгдэхүүний гадаргуу дээр оршдог. Энэ нь графен дангаараа ниргэлгийн бүсэд бие даасан хэлбэрээр оршдоггүйг харуулдаг. Харин ниргэлгийг агаарт явуулснаар графеныг дангаар нь микроны эрэмбийн нэлээд том хэмжээтэйгээр гарган авах боломж байгаа нь харагддаг. Графеныг бусад бие, материалууд дээр суулгах, наах замаар гарган авч судалдаг ба энэ үед тодорхойлогдсон шинж чанар нь суурь материалын шинж чанартай холбоотойгоор тодорхойлогдох нь ойлгомжтой. Харин бидний энэ аргаар дан графеныг гарган авч дангаараа орших графены шинж чанарыг судалж тогтоох боломж гарч ирж байгаа юм.
7. Усан доторхи ниргэлгийн гүйдлийн 75-100А интервалд нано утас, нанохоолой зэрэг онцгой чанартай бүтээгдэхүүнүүд хамгийн ихээр үүсдэг болохыг тогтоов. Энэ бүтээгдэхүүн агаар дотор ниргэлгийн гүйдлийн 20-40А утганд үүсэж эхлэх бөгөөд 60А гүйдлийн утганд хамгийн их үүсдэг.
8. Ниргэлгийн явцад үүссэн тортог ба үнс эмх замбараагүй байрласан графены үеүдээс тогтох учир кристалл ба аморф хэлбэрт орших ба тортгийн аморф фазын хэмжээ ниргэлгийн температураас (гүйдлийн утгаас шууд) хамаарч нэмэгддэгийг тогтоов. Тортгийн инфра улаан туяаны спектрт нүүрст устөрөгчийн радикалууд давамгайлдаг ба органик нэгдлүүд, функциональ бүлгүүдийн C-H холбоо ажиглагддаг бол энэ нь үнсэнд багасч, органик бус нэгдлүүд нь нэмэгддэгийг тогтоов.
9. Ниргэлгээс үүссэн тортог, үнсэнд ВЕТ шинжилгээг хийж сүвэрхэг чанарыг тогтоож судалгааны үр дүнг SEM шинжилгээгээр баталгаажуулав. Ниргэлгийн явцад үүссэн эдгээр бүтээгдэхүүнүүдийн бүтэц, найрлага, морфологийн шинж чанарыг тухайлбал бөөмцрийн хэмжээ, сүвийн хэмжээ ба гадаргуун талбай, сүвийн хувийн эзлэхүүн, тэдгээрийн түгэлт, бөөмцрийн хэлбэр, хүрээний тойрог, гадаргуугийн дугуйрал зэргийг судлан тортгийн бөөмцөр үнсний бөөмцрөөс илүү бөмбөрцөг хэлбэрт ойрхон байдгийг тогтоов. Мөн хуримтлалын гадаргууд хийсэн анализаас үзэхэд гадаргуу нь графитын эмх замбараагүй байрласан нүүрстөрөгчийн хоёр хэмжээст үеүдээс бүтсэн бөмбөрцгүүдээс тогтох ба энэ нь халалтын явцад графитын үеүд давхраараа гадаргуугаас салж дусал хэлбэрт шилжин ууршдагийг баталж байгаа юм.
10. Нүүрстөрөгч агуулсан электродын хооронд явагдах ниргэлгийн явцад үүсэж байгаа бүтээгдэхүүн фракцаараа ялгаран үүсдэгийг тогтоов. Энэ нь янз бүрийн бүтээгдэхүүнийг заавал гарган аваад дараа нь ялгах бус харин бий болгох явцдаа ялгаруулан үүсгэх боломжийг бий болгож байгаа юм.
11. Усан доторхи хөнгөн цагаан, зэс зэрэг металл электродуудын хооронд явуулсан судалгааны дүнгээс усан дотор нуман ниргэлэг явуулах замаар яг тодорхой төрлийн морфологи (бөмбөлөг хэлбэртэй) бүхий нэг төрлийн микроны эрэмбийн жижиг хэсгүүдийг гарган авч болно. Ийм бөмбөлгүүдийг янз бүрийн байдлаар судалгаа, сургалтанд хэрэглэх боломжтой.
12. Ниргэлгийн бүсээс гарч байгаа дисперст хэсгүүдийн нэг ширхгийн цэнэг, цэнэгтэй хэсгүүдийн концентрацыг хэмжих арга, аргачлал, системийг боловсруулж шинэ бүтээлийн патент авсан.