Свойства и возможные применения фуллеренсодержащих материалов

Труды Международного симпозиума «Надежность и качество», 2016, том 1

7. Артемов И.И. Повышение долговечности шаровых опор легковых автомобилей / И.И. Артемов, А.А. Войнов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2007. № 9. С. 43-50.

8. Евстифеев A.A. Модели минимизации направленного ущерба транспортной системы при отсутствии информации / A.A. Евстифеев, Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2009. № 11. С. 137-145.

9. Серебряков В.Н. Основы проектирования систем жизнеобеспечения экипажа космических летательных аппаратов - М. Машиностроение, 1983. - 160 с., ил.

УДК 539.89

Шпилевский1 Э.М., Богорош2 А.Т., Паладюк3 В.В., Махрова3 Е.Г., Зинченко3 А.Т. , Шайко-Шайковский4 А.Г,

1Институт тепло и массообмена НАН Белоруссии, Минск, Беларусь

Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, Украина 3Буковинский государственный медицинский университет, Черновцы, Украина 4Черновицкий национальный университет им .Ю.Федьковича, Черновцы, Украина

СВОЙСТВА И ВОЗМОЖНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ

С открытием фуллеренов в конце прошлого века материаловеды получили принципиально новые инструменты для конструирования материалов и структур, позволившие управлять их свойствами. За короткое время появилось множество публикаций как по методам синтеза фуллеренов, так и их использованию в разработке новых материалов [1, 2]. К настоящему времени наиболее острой проблемой стала проблема применения фуллерено содержащих материалов.

В данной работе рассмотрены некоторые способы формирования материалов, содержащих фуллерены Сбо, их свойства и перспективные направления применения. Ключевые слова:

фуллерены, формирование, композиционные материалы.

Введение. Анализ свойств фулерено содержащих материалов и возможностей их использования.

1.Электротехнический материал. Металл-фулле-реновые пленки при некоторых долевых соотношениях атомов металла и молекул C60 структурно представляют собой систему электропроводящих частиц металла, разделеных небольшими промежутками из диэлектрических наночастиц фуллерита. Электрически такие структуры эквивалентны серии подключенных конденсаторов и, следовательно, их полное сопротивление должно уменьшаться при увеличении частоты переменного тока. Увеличение доли фуллери-товых наночастиц в металл-фуллереновой структуре для переменного тока влечёт за собой изменение значения, как емкостной, так и резистивной составляющих электросопротивления. Это изменение приводит к сдвигу минимума сопротивления в область более низких частот.

Таким образом, металл-фуллереновые структуры на переменном токе проявляют свойства -

цепочек [2] и могут использоваться как материал электротехнического назначения.

2. Материал для подвижных электрических контактов. Разработка покрытий для подвижных электрических контактов осуществлялась с использованием вакуумной [3] и гальванической [4] технологий.

Для выявления подходящих композиционных материалов вакуумной технологией были приготовлены 4 0 вариантов композиционных материалов с различными долевыми составами компонентов систем Ад -C60 ^ - C60, Al - C60, Fe - C60, и их смесей. Оптимизация составов композиционных материалов проходила по двум критериям: а) композиционный материал должен иметь наиболее высокую электрическую проводимость, б) высокую проводимость сочетать с низким коэффициентом трения. Из рассмотренных вариантов лучшие электрические и триболо-гические характеристики показал состав 60%А1 + 30%^ + 9% Ее + 1% С60, который имеет удельное электросопротивление 60*10-4 Ом*м и коэффициент сухого трения равный 0,22 [4].

3. Покрытие для эндопротезов. Покрытия для эдопртезов получали совместной конденсацией в вакууме титана и фуллеренов С60- Титан-фуллереновые покрытия показали высокую химическую стойкость в разбавленных кислотах и щелочах (3%-ые растворы НС1, ЫаОН, КОИ). Выдержка образцов в кислотной и щелочной средах в течение 2400 ч не приводила к заметным изменениям на поверхности покрытий.

Высокая биохимическая стойкость [5] и сравнительно невысокое удельное электрическое сопротивление [6] позволяют использовать титан-фулле-реновые пленки в качестве покрытий для электродов кардиостимулятора, а так же для медицинских инструментов.

4. Покрытие для узлов трения. Наиболее подходящим покрытием для узлов трения оказалась окси-докерамические покрытия, сформированные на алюминиевом сплаве АК5М2 методом микродугового оксидирования и последующей пропиткой в насыщенном растворе фуллеренов С60 в толуоле. Такие покрытия, содержащие фуллерены, показали значения износостойкости в три раза выше (^=2,5-10-10) [2], чем для покрытий без фуллеренов, а значения коэффициента трения - на 30...4 0 % ниже. Апробация покрытия Al2Oз-C60 в конкретном изделии (пуансон пресс-формы пластмассовых изделий, Минский завод холодильников «Атлант») показала увеличение ресурса работы в 14 раз.

5. Тензорезистивные элементы. Используя тен-зоэлектрический эффект могут быть построены тен-зодатчики на металл-фуллереновых пленках. Ме-талл-фуллереновые пленки имеют высокий коэффициент тензочувствительности (более 10, в то время как самый высокий для металлов - для платины он 1,6).

6. Фотонные датчики. Фуллерены обладают фотопроводимостью в диапозоне длин волн от 280 до 680 нм. Вероятность образования электрон-ионной пары при поглощении одного фотона составляет 0,9 [7]. На основе фуллереновых и металлических частиц можно создавать структуры двух типов: островковые (т.е. с изолированными включениями металла) и сетевые (т.е. с соединяющимися между собой включениями металла). Такие структуры с периодичностью, существенно меньшей длины волны электромагнитного излучения, ведут себя как фотонные кристаллы с запрещенной фотонной зоной.

7. Сорбционные датчики. Металл-фуллереновые пленки являются хорошими сорбентами. Наши исследования электрических свойств тонких пленок Си -C60 разного состава (изменялось соотношение числа атомов меди в расчете на одну молекулу фуллерена N^^60) показали высокую чувствительность их электрического сопротивления к сорбции кислорода [3] .

Образование фаз в металл-фуллереновых структурах [2] позволяет технологическими методами добиваться для них желаемых характеристик и высокой избирательности адсорбции. По этим параметрам видно, что фуллеренсодержащие материалы являются перспективными для сенсорных фотоэлектрических устройств.

Полученные изменения электрического сопротивления на десятки процентов указывают на хорошую перспективу для использования подобных структур в качестве сорбционных датчиков.

8. Датчики силовых полей. Внешние электрическое и магнитное поля, взаимодействуя с электронами металл-фуллереновой пленки изменяют её электрические свойства [4]. Это позволяет использовать такие пленки в качестве датчиков не только

Труды Международного симпозиума «Надежность и качество», 2016, том 1

для определения величин внешнего воздействия, но Cu и Sn - Сбо, в видимом и ближнем ИК диапазонах

для фиксации положений, значений деформаций и др. установлено, что спектральное положение и интен-

Вкрапленные в металлическую матрицу фуллерены мо- сивность полосы резонансного плазменного погло-

гут служить датчиками слабых электронных и элек- щения зависят от параметров наноструктур, условий

тромагнитных потоков, деформаций, силовых полей, их получения и длительности хранения на воздухе

дополняя другие используемые материалы, расширяя [10].

диапазон возможных подходов и решений. Тип металла, долевые соотношения металличе-

9. Стимуляторы роста растений. Ранее [8, 9] ского и фуллеренового компонентов, размер нано-была создана методика выращивания нанокристаллов частиц определяют спектральное положение макси-фуллеридов металлоценов методом спонтанной кри- мума резонансного плазменного поглощения, ширину сталлизации и обнаружено их свойство влиять на и интенсивность поглощения. Варьирование толщи-процессы жизнедеятельности. При инкрустации се- ной наноструктур может позволить и при одинаковых мян рапса и пустырника сердечного наноструктури- долевых соотношениях компонентов получать допол-рованным фуллеридом ферроцена в результате не- нительные возможности по управлению характери-специфического эндоцитоза клетками семян наноча- стиками полос резонансного плазменного поглоще-стиц биоактивного материала к 6-му дню онтогенеза ния, что обеспечивает создание оптических наблюдается увеличение всхожести до 16,5 %. Кроме устройств с разным диапазоном характеристик, того, на 10% увеличивается длина проростков рапса Уникальные свойства фуллеренов и материалов их при одинаковой длине корня у инкрустированных в содержащие указывают на широкие возможности ис-сравнении с контрольными образцами. пользования этих материалов в приборостроении,

10. Оптические устройства. При исследовании биомедицине, оптоэлектронике, других областях спектров пропускания сверхтонких слоев фуллерита хозяйственной деятельности.

золота, меди, серебра, олова Au - Сбо, Ag-Сбо, Сбо -

ЛИТЕРАТУРА

1. Витязь П.А., Жданок С.А., Шпилевский Э.М. Вещества и материалы на основе углеродных наноча-стиц. //Фуллерены и фуллереноподобные структуры. Сб. науч. статей. Минск: Институт тепло- и массо-обмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси, 2005. С. 3-14.

2. Богорош О.Т. Новi матерiали i речовини, частина 3 «Наноматерiали», навч. по^бник, НТУУ «КП1», 2007.-750 с.

3. Шпилевский Э.М. Структура и физические свойства металл-фуллереновых тонких пленок. //Вакуумная наука и технология, 2014. Т.23, №1. С. 73-77.

4. Шпилевский Э.М., Горох Г.Г., Шпилевский М.Э. Функциональные покрытия, содержащие фуллерены. //Высокие технологии в промышленности России. Наноинженерия. Москва. МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2014. С. 82-90.

5. Зорин В.П., Кравченко И.Е., Шпилевский Э.М. Модификация фуллереном С60 процессов адгезии иммунных клеток на поверхности материалов.//Низкоразмерные системы. Вып. 4. - Гродно:ГрГУ, 2005. -

С. 50-54.

6. Shpilevsky E.M., Shpilevsky E.M., Prylutskyy Y.I.,Matzuy L.Y., ZakharenkoM.I., F.Le Normand. Structure and properties of Сб0 fullerene films With titanium atoms.// Mat.-wiss.u.Werkstofftech. 2011. Vol.42. №1. PP.5 9-63.

7. Dmitrenko O., Pavlenko O., Kulish M., Shpilevsky E. Component hydridization in thin granulated C60-Cu nanocomposite films. Ukr. J.Phys.2011. Vol. 56. P828-837.

8. Soldatov A.G., Shpilevsky E.M., Pushkarchuk A.L, Pushkina N., Goranov V.A., Potkin V.I. Bi-oactivity of nanocrystals of C60(FeCp2)2, C60(NiCp2)2 and their derivatives, nanomaterials: applications and properties. 2013. Vol. 2 No 1. P. 101-105.

9. Soldatov A. G., Shpilevsky E. M., Gorokh G. G. New Bioactive Composition Nanomaterials Based on Fullerene Derivatives // Proceedings of International Conference Nanomeeting - 2013 Physics, chemistry and application of nanostructures, Reviews and Short Notes, Minsk, Belarus, 24-27 May 2013. Ed V.E. Borisenko, S.V. Gaponenko, V.S. Gurin, C.H. Kam,- 2013 - P. 400-402.

10. Шпилевский Э.М., Замковец А.Д. Плазмонный резонанс в наноструктурах золото-фуллерен. Оптический журнал. 2008, №5. С. 18-21.

11. Клепиковский А.В., Тимофеева Е.Н., Царик Т.О., Шайко-Шайковский А.Г. Математическое моделирование и оценка работы электронных систем, содержащих многокаскадные термоэлектрические охлади-тели/А.В. Клепиковский, Е.Н.Тимофеев, Т.О. Царик, А.Г. Шайко-Шайковский/Матер. Междунар. Симпозиума «Надёжность и качество 2006»,-Россия. -Пензва, 2006, с. 235-236.

12. Клепиковский А.В., Тимофеева Е.Н., Царик Т.О., Шайко-Шайковский А.Г. Определение собственных частот колебаний четырёхуровневого термоэлектрического охладителя/ А.В. Клепиковский , Е.Н.Тимофеева, Т.О. Царик, А.Г. Шайко-Шайковский - Материалы Междунар. Симпозиума «Надёжность и качество-2010»,- Россия, Пенза,-2010, т.1.-с. 289-290.

УДК 621.396.6

Ибрагимов Б.Г., Гасанов А.Г., Ибрагимов Р.Ф.

Азербайджанский технический университет, Баку, Азербайджан

ИССЛЕДОВАНИЕ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПОДСИСТЕМЫ IMS

В настоящее время одним из важных проблемных задач в телекоммуникационных сетях связи является улучшение показателей отказоустойчивости функционирования подсистемы IMS (IP Multimedia Subsystem) с использованием сервер пользовательских данных (HSS - Home Subscriber Server) при оказании мультимедийных услуг. Подсистема IMS представляет собой набор функций, соединенных стандартными интерфейсами, комплексных средств для быстрой разработки и разворачивания мульти-сервисных сервисов при установлении мультимедийных сессий, использующих семейства протоколов SIP (Session Initiation Protocol), Sigtran и Diameter [1].

Установлено [1, 2], что качество предоставляемых мультимедийных услуг в современных телекоммуникационных сетях связи существенно зависит от своевременной и надежной доставки сигнальных сообщений между узлами платформы IMS при использовании системы и протоколов сигнализации сетей NGN (Next Generation Networks).

Базовым элементом опорной сети архитектуры IMS являются функции управления сеансами CSCF (call Session Control Function) которая, реализуется на SIP-сервере. Модуль CSCF включает три основных блока, которые составляют ядро сети IMS: Proxy CSCF, Interrogating CSCF и Serving CSCF. При этом уровень управления сессиями включает ядро сети IMS, сервер пользовательских данных HSS и сигнальные шлюзы (SGW).