Российские ученые из Уральского федерального университета и Института электрофизики УрО РАН предложили более дешевый и простой способ получения нанокомпозитных покрытий, состоящих из четырех компонентов — кремния, углерода, титана и азота. Метод позволяет синтезировать нанокомпозиты с заданными свойствами. Исследование опубликовано в журнале Membranes.

Четырехкомпонентные нанокомпозиты состоят из кремния, углерода, титана и азота. Они устойчивы к температуре и к действию окислителей, обладают высокой твердостью и ударной вязкостью. Уникальные свойства таких покрытий обуславливают множество сфер их применения. Так, четырехкомпонентные нанокомпозиты применяют для защиты двигателей и для нанесения на режущие инструменты, использующиеся в металлообработке. Такие покрытия также биосовместимы, поэтому могут использоваться в медицине для протезов и имплантатов. В настоящее время для получения этих нанокомпозитов используют как физические, так и химические методы, обладающие некоторыми недостатками.

Российские исследователи предложили свой метод синтеза четырехкомпонентных нанокомпозитов, называемый плазмохимическим разложением. Исходными реагентами являются кремнийорганические соединения, в которых содержатся связи между атомами кремния и атомами углерода, азота. Также в реакционную смесь добавляют титан. Затем вещества испаряют электронным потоком из плазмы. Образуется парогазовая среда, в которой находятся пары титана и продукты разложения кремнийорганики. Они взаимодействуют между собой, образуются связи между атомами титана, азота, углерода. В результате получается аморфная кремниевая матрица, в которой находятся нанокристаллы титана.

«В сравнении с вакуумно-дуговым методом преимуществом является отсутствие микрокапель, ухудшающих качество покрытий. В отличие от магнетронного распыления наш метод обеспечивает более высокие скорости осаждения, высокую плотность потока ионов, необходимую для формирования плотных и качественных покрытий. Если сравнивать с химическим методом, то преимущество состоит в использовании безопасных с точки зрения экологии и вреда здоровью, доступных и недорогих компонентов. Главным достоинством метода, на наш взгляд, стала возможность независимо и в широких пределах управлять практически всеми условиями синтеза, а следовательно, составом и свойствами получаемых покрытий, что дает возможность получать пленки с требуемыми характеристиками», — объяснил Андрей Меньшаков, сотрудник кафедры электрофизики УрФУ, научный сотрудник Института электрофизики УрО РАН.

Новый метод позволит повысить качество получаемых четырехкомпонентных нанокомпозитов. Если покрытию нужно придать определенные свойства, для этого можно будет регулировать некоторые параметры синтеза. В настоящее время исследователи изучают возможность получения композитов с заданными механическими, физическими и химическими параметрами.

Ссылка на источник