СПИСОК АББРЕВИАТУР .......................................................................................... 5
ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................................... 6
1.1 Структура углеродных материалов ............................................................... 14
1.1.1 Получение графита .................................................................................... 21
1.1.2 Получение стеклоуглерода ......................................................................... 23
1.2 Структура углерод-азотных материалов ...................................................... 24
1.2.1 Структура и свойства нитрида углерода с соотношением C/N=0,75 (C3N4) ...................................................................................................................... 27
1.2.2 Обзор методов получения и некоторых свойств углерод-азотных материалов с различным соотношением C/N ................................................... 29
1.3 Виды структурных дефектов углерод-азотных материалов ....................... 32
1.4 Методы исследования углерод-азотных материалов .................................. 34
1.4.1 Микроскопические методы исследования ................................................ 34
1.4.2 Дифракционные методы ............................................................................ 35
1.4.3 Метод ИК-спектроскопии ......................................................................... 37
1.4.4 Метод фотоэлектронной спектроскопии ............................................... 40
1.4.5 Синхронный термический анализ.............................................................. 44
1.5 Применение углерод-азотных материалов со структурой графита в качестве анодов суперконденсаторов ......................................................................... 46
Постановка задачи ......................................................................................................... 48
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ............................................................... 50
2.1 Исследование морфологии, фазового и химического состава ................... 50
2.1.1 Рентгенофазовый анализ ........................................................................... 50
2.1.2 Сканирующая электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ ........................................................................................................... 50
2.1.3 Химический состав ..................................................................................... 50
2.1.4 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия ................................. 51
3
2.1.5 Инфракрасная спектроскопия .................................................................. 51
2.1.6 Синхронный термический анализ.............................................................. 51
2.2 Исследования физических свойств ............................................................... 52
2.2.1 Определение плотности образцов ............................................................ 52
2.2.2 Установка и методика измерения концентрационных зависимостей сопротивления ....................................................................................................... 53
2.2.3 Установка и методика измерения температурных зависимостей сопротивления ....................................................................................................... 54
2.2.4 Расчет энергии активации электропроводности .................................. 57
2.2.5 Электрохимические исследования ............................................................ 58
2.3 Моделирование структуры полученных материалов .................................. 59
ГЛАВА 3. СИНТЕЗ, МОРФОЛОГИЯ, СТРУКТУРА И СОСТАВ УГЛЕРОД-АЗОТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ...................................................................................... 61
3.1 Используемые в работе реактивы ................................................................. 61
3.2 Методика синтеза углерод-азотных материалов ......................................... 62
3.3 Гравиметрия ..................................................................................................... 63
ГЛАВА 4. СОСТАВ, СТРУКТУРА И МОРФОЛОГИЯ ПОЛУЧЕННЫХ ОБРАЗЦОВ ................................................................................................................... 68
4.1 Рентгенофазовый анализ ................................................................................ 68
4.2 Электронно-микроскопическое исследование ............................................. 74
4.3 Количественный C, N, H – элементный анализ ........................................... 80
4.4 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия ......................................... 85
4.5 ИК-спектроскопия ........................................................................................... 90
4.6 Синхронный термический анализ ................................................................. 92
4.7 Моделирование структуры ............................................................................ 97
4.7.1 Результаты моделирования .................................................................... 103
ГЛАВА 5 ВЛИЯНИЕ АЗОТА НА ПЛОТНОСТЬ, УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ И ШИРИНУ ЗАПРЕЩЕННОЙ
4
ЗОНЫ, И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОД-АЗОТНЫХ МАТЕРИАЛОВ .......................................................................................................... 108
5.1 Плотность образцов ...................................................................................... 108
5.2 Концентрационные зависимости электрического сопротивления .......... 109
5.3 Температурные зависимости электрического сопротивления ................. 112
5.4 Электрохимические исследования .............................................................. 114
ВЫВОДЫ .................................................................................................................... 117
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ........................................... 119
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ...................................................................................................... 139
