Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2023, 14 (1), 132–141
Plasma-chemical synthesis of nanocrystalline “core-shell” structures TiN-Mo-Co
Yuliya A. Avdeeva – Institute of Solid State Chemistry, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russia; y-avdeeva@list.ru
Irina V. Luzhkova – Institute of Solid State Chemistry, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russia; key703@yandex.ru
Aidar M. Murzakaev – Institute of Electrophysics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russia; aidar@iep.uran.ru
Alexey N. Ermakov – Institute of Solid State Chemistry, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russia; ermakovihim@yandex.ru
Corresponding author: Yuliya A. Avdeeva, y-avdeeva@list.ru
PACS 61.46.+w, 61.46.-w, 61.66.Fn
DOI 10.17586/2220-8054-2023-14-1-132-141
ABSTRACT In this work, the possibilities of formation of nanocrystalline powders based on titanium nitride with participation of Mo and Co under conditions of plasma-chemical synthesis have been studied. Synthesis was performed according to the plasma recondensation scheme using low-temperature nitrogen plasma. All the obtained highly dispersed powders were certified by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The characteristics of the disperse composition of the recondensed TiN–Mo–Co products were determined by the calculation based on the pycnometric density and specific surface area data. The possibility of formation of a “core-shell” structure was confirmed using chemical methods by etching ultra- and nanodispersed powders in solutions of dilute HCl to remove the cobalt shell and concentrated hydrogen peroxide H2O2 to neutralize metallic Mo. Based on the information about “quasi-equilibrium state” of the products of plasma-chemical synthesis in a low-temperature gas plasma, a chemical model for the formation of nanocrystalline particles is proposed.
KEYWORDS core-shell structure, titanium nitride, plasma-chemical synthesis, temperature barrier, phase formation
ACKNOWLEDGEMENTS The authors are grateful to Dr. E. K. Dobrinsky, Ph.D., leading researcher of SSC RF JSC “GNIIChTEOS” for help in carrying out the plasma-chemical synthesis. The work was carried out in accordance with the state assignment for the Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (theme No 0397-2019-0003 “New functional materials for promising technologies:
synthesis, properties, spectroscopy and computer simulation”).
FOR CITATION Avdeeva Yu.A., Luzhkova I.V., Murzakaev A.M., Ermakov A.N. Plasma-chemical synthesis of nanocrystalline “core-shell” structures TiN–Mo–Co. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2023, 14 (1), 132–141.
[In Russian] Авдеева Ю.А., Лужкова И.В., Мурзакаев А.М., Ермаков А.Н.
Плазмохимический синтез нанокристаллических структур «ядро-оболочка» TiN-Mo-Co
АННОТАЦИЯ В настоящей работе проведено исследование возможностей формирования нанокристаллических композиций на основе нитрида титана с участием Mo и Co в условиях плазмохимического синтеза. Синтез организован по схеме плазменной переконденсации с применением низкотемпературной азотной плазмы. Все полученные высокодисперсные порошковые композиции были аттестованы методами рентгенографии и растровой электронной микроскопии. Характеристики дисперсного состава переконденсированных продуктов TiN-Mo-Co определялись путем расчета на основе сведений о пикнометрической плотности и площади удельной поверхности. Подтверждение возможности формирования структуры «ядро-оболочка» осуществлялось химическими методами путем протравливания ультра- и нанодисперсных порошков в растворах разбавленной HCl для удаления кобальтовой оболочки и концентрированной перекиси водорода H2O2 для нейтрализации металлического Mo. Исходя из сведений о «квазиравновесном состоянии» продуктов плазмохимического синтеза в низкотемпературной газовой плазме предложена химическая модель формирования нанокристаллических частиц.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА структура “ядро-оболочка”, нитрид титана, плазмохимический синтез, температурный барьер, фазообразование
