РОЗДІЛ 2
МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТУ
Як об'єкти даного дослідження використовували алмазні та алмазоподібні
електроди у водних розчинах окисно-відновних систем K3[Fe(CN)6]/ K4[Fe(CN)6],
Ce4+/Ce3+ на фоні 1М KCl та 0,5 M H2SO4:
- полікристалічна алмазна плівка на вольфрамі, отримана методом хімічного
осадження з газової фази (CVD) з активацією вуглецьводневої суміші (СН4 + Н2)
струмовим розрядом при низькому тиску (тліючий розряд постійного струму) в
Харківському фізико-технічному інституті. Товщина плівок 10 – 20 мкм, питомий
електричний опір – 109 Ом·см;
- алмазоподібні плівки аморфного гідрогенізованого вуглецю (а-С:Н) на
підкладках зі скловуглецю (СВ), платини (Pt), нержавіюча сталь, отримані
методом CVD з ВЧ (виокочастотною) - активацією газової фази (СН4 + Н2) в
Інституті надтвердих матеріалів НАНУ [71]. Товщина плівок 50 – 100 нм, питомий
електричний опір 104 – 106 Ом·см ;
- алмазоподібні плівки аморфного вуглецю (а-С) на підкладках із скловуглецю,
заліза, міді, отримані методом фізичного осадження з газової фази (PVD) в
Харківському фізико-технічному інституті. Товщина плівок 1 – 2 мкм, питомий
електричний опір – 104 - 106 Ом·см;
- плівки аморфного вуглецю (а-С) на кремнії, отримані методом магнетронного
розпилення графітової мішені (МРГМ) в Інституті проблем матеріалознавства НАНУ.
Товщина плівок складала від 500 Е до 1,5 мкм. Змінним також був склад плівок
(а-С плівки з домішками карбіду нікелю для збільшення електропровідності або з
підшаром карбіду титану для покращення адгезії) питомий електричний опір - 104
– 106 Ом·см;
- напівпровідникові синтетичні монокристали алмазів октаедричної форми,
отримані в апаратах високого тиску методом температурного градієнту на затравці
з розплаву системи Ni – Mn – C в Інституті надтвердих матеріалів НАНУ.
Легування здійснювалось в процесі синтезу введенням в реакційне середовище
летких сполук бору. Розмір монокристалів алмазів – 3-4 мм, питомий електричний
опір 5·102 – 103 Ом·см [40];
- композити на основі нанодисперсних (НА) та мікродисперсних (МА) алмазів з
розмірами частинок 2- 20 нм та 200 – 250 мкм відповідно, отримані спіканням
монокристалів алмазів при температурі 1600єС та тиску 8 Гпа в Інституті
надтвердих матеріалів НАНУ, питомий електричний опір 102 – 103 Ом·см. При
підготовці до спікання проводилась вакуумна дегазація порошків та вакуумна
герметизація робочого об'єму, в якому здійснювалось їх спікання.
Основою отримання НА є детонація вибухової речовини з від'ємним кисневим
балансом, яка здійснюється у замкнутому об'ємі та середовищі інертному до
вуглецю [14,15]. Використовували НА виробництва фірми “АЛІТ”, поверхня яких
була додатково очищена та модифікована. Очистка від не алмазного вуглецю та
контрольна хімічна очистка проводились шляхом багаторазової обробки алмазних
порошків сумішшю хромової та концентрованої сірчаної кислот при температурі
кипіння розчину, подальшої промивки, обробки розчином гідроксиду натрію,
промивки, обробки соляною кислотою, кінцевої промивки та сушки.
МА синтезовані в апаратах високого тиску 8 ГПа та температури 1700єС з системи
розплаву Mg-Zn-C-B [40]. Кінцевий продукт містить деяку кількість графіту,
видалення якого здійснюється як механічно за рахунок різної густини алмазу та
графіту, так і хімічно в агресивному середовищі (як описано для НА) за рахунок
окислення графіту до СО2.
Для вивчення електрохімічної поведінки всіх вищезгаданих матеріалів
застосовували такі методи: потенціометрія, циклічна вольтамперометрія,
електрохімічний імпеданс, електроліз та електронна мікроскопія. Корозійні
властивості а-С та а-С:Н плівок досліджували за допомогою методу оптичної
мікроскопії.
2.1. Дослідження електрохімічної поведінки алмазних та алмазоподібних
електродів.
Для електрохімічних досліджень використовували стандартну трьохелектродну
електрохімічну комірку (рис.2.1.) з розділеними катодним та анодним просторами.
Як електрод порівняння використовували насичений хлорсрібний електрод
(Ag/AgCl), всі значення електродних потенціалів наведені відносно потенціалу
цього електроду Е = +0,201В. Допоміжний електрод – платинова пластина площею S
= 2,5см2. Вимірювання проводили при кімнатній температурі. Для дослідження
використовували розчини окисно-відновних систем K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6],
Ce4+/Ce3+ на фоні 1М KCl та 0,5 M H2SO4. Вибір систем обумовлений тим, що вони
є достатньо добре вивчені на інших матеріалах і можуть використовуватися для
вивчення електрохімічної поведінки нових електродних матеріалів.
Використовували стандартне обладнання для електрохімічних вимірювань:
потенціостат ПИ-50-1 з програматором ПР-8 та реєструючий пристрій ЛКД-4. Для
реєстрації циклічних вольтамперограм з високою швидкістю сканування потенціалу
(>100мВ/с) використовували комп’ютеризований вимірювальний пристрій “Unilab”
(Нідерланди). Результати експерименту опрацьовували за допомогою комп’ютерних
програм Exel та інші.
Всі розчини готували на основі дистильованої води та солей кваліфікації “х.ч.”
та “ч.д.а.”. Гравіметричні вимірювання проводили на аналітичних терезах марки
АДВ 200М.
Підготовка електродів до електрохімічних вимірювань полягала в тому, що:
на протилежну робочій сторону (грань) наносили контакт у вигляді краплі
срібного клею та шару індію (In);
всю неробочу частину електроду ізолювали хімічно чистим парафіном
закріплювали електрод у держаку, або у спеціальній конструкції ( для композитів
НА та МА), занурювали його у робочий розчин.
Вимірювання вольтамперних залежностей проводили після встановлення
стаціонарного потенціалу Ест .
Зовніш
- Київ+380960830922