Открытый доступ
Доступ платный или только для Подписчиков
МЕТОД ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ И АКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОКАТАЛИЗАТОРОВ (ОБЗОР)
Аннотация
Рассмотрены процессы получения материалов с новыми электрохимическими свойствами методом ионной имплантации. Проанализированы как позитивные, так и негативные процессы, сопровождающие имплантацию. Обобщены перспективные примеры применения метода ионной имплантации для улучшения коррозионной стойкости и активности электрокатализаторов.
Об авторах
В. Н. Фатеев
НИЦ «Курчатовский институт»
Россия
д-р хим. наук, профессор, зам. руководителя ККФХТ по научной работе
Россия
д-р хим. наук, профессор, зам. руководителя ККФХТ по научной работе
С. М. Никитин
Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова
Россия
канд. хим. наук, начальник лаборатории НИИЯФ
Россия
канд. хим. наук, начальник лаборатории НИИЯФ
Список литературы
1. Rutherford E. Retard ation of the a particle from radium in passing through matter//Philosophical Magazine Series 6. 1906. Vol. 12, No 68. P. 134-146.
2. Ohl R.S. Properties of ionic bombarded silicon//Bell System Technical Journal. 1952. Vol. 31, No 1. P. 104-121.
3. Патент США. US2787564 (A). Forming semiconductive devices by ionic bombardment/Shockley W./1957.
4. Бредов М.М., Комарова Р.Ф., Регель А.Р. Исследование изменений выпрямляющих свойств точечного контакта металл-полупроводник под влиянием облучения полупроводника ионами щелочных металлов//ДАН СССР. 1954. Т. 99, № 1. С. 69-75.
5. Бредов М.М., Лепилин В.А., Шестаков И.Б., Шах-Будагов А.Л. Влияние типа ионов на изменение электрических свойств поверхности полупроводников произведенное облучением ионами средних энергий//Физика твердого тела. 1961. Т. 3. С. 267-272.
6. Бредов М.М., Муромский А.Б. Об изменении поверхностных свойств р-кремния при облучении ионами лития//ФТТ. 1962. Т. IV. С. 562-564.
7. Гусев В.М., Гусева М.И., Елистратов Н.П., Иконников Д.С. Быстрое введение ионов дейтерия в металлы//Ж.тех.физики. 1961. Т. 31. С. 749-750.
8. Гусев В.М., Титов В.В., Гусева М.И., Куринный В.И. Образование кремниевого конвертора фотоэлектрической энергии методом бомбардировки//ФТТ. 1965. Т. 7, № 7. С. 2077-2081.
9. Гусев В.М., Бушаров Н.П., Нафтулин С.М. Ионный ускоритель ИЛУ на 100 кэВ с сепарацией ионов по массе//Приборы и техника эксперимента. 1969. № 4. С. 19-25.
10. Авторское свидетельство (21) 4937847/21 (22) 20.05.91 (46) 23.07.93. Способ обработки поверхностных слоев изделий из титана // Владимиров Б. Г., Залавутдинов Р. Х., Городецкий А. Е., Лаврова Г. Н., Фомин А.В., Столярова В.Г., Гусева М.И., Жильцова О.А., Томашов Н. // Бюл. М., 27 (71).
11. Гусев В.М., Гусева М.И., Демаков К.Д. Государственная премия СССР в области науки и техники «Разработка и освоение серийного выпуска специального технологического ионно-лучевого оборудования; разработка основ промышленной технологии ионной имплантации для серийного производства и создания новых типов полупроводниковых приборов и интегральных схем для народного хозяйства и оборонной техники».
12. Белый А.В. и др. Применение ионного легирования для повышения эксплуатационных характеристик деталей машин и оборудования, в том числе лопаток турбин. Минск, 1985 г. 44 с.
13. Ионная имплантация. Под ред. Дж. К. Хирвонена. М.: Металлургия. 1985. 392 с.
14. Диденко А.Н. и др. Воздействие пучков заряженных частиц на поверхность металлов и сплавов. М., 1987. 184 с.
15. Ионная имплантация и лучевая технология. Под ред. Дж.С. Вильямса, Дж. М. Поута. Киев: Наукова думка. 1988. 360 с.
16. Fedotov A.A., Grigoriev S.A., Lyutikova E.K., Millet P., Fateev V.N. Characterization of carbon-supported platinum nano-particles synthesized using magnetron sputtering for application in PEM electrochemical systems//Int. J. Hydrogen Energy. 2013. Vol. 38. P. 426-430.
17. Fateev V., Alekseeva O., Elena Lutikova E., Porembskiy V., Nikitin S., Mikhalev A. New physical technologies for catalyst synthesis and anticorrosion protection//Int. J. Hydrogen Energy. 2016. Vol. 41. P. 10515-10521.
18. Liang F., Jia M., Hua J. Pt-implanted indium tin oxide electrodes and their amperometric sensor applica tions for nitrite and hydrogen peroxide//Electrochimica Acta. 2012. Vol. 75. P. 414-419.
19. Walther S.R., Pedersen B.O. and McKenna C.M. Ion sources for commercial ion lmplanter applications https://accelconf.web.cern.ch/accelconf7p91/PDF/PAC199 1_2088.PDF
20. Pylypenko S., Queen A., Olson T. S., Dameron A., O’Neill K., Neyerlin K. C., Pivovar B., Dinh H. N., Ginley D.S., Gennett T., and O’Hayre R. Tuning carbon-based fuel cell catalyst support structures via nitrogen functionalization. I. Investigation of structural and compositional modification of highly oriented pyrolytic graphite model catalyst supports as a function of nitrogen implantation dose//J. Phys. Chem. C. 2011. Vol. 115, No 28. P. 13667-13675.
21. Perini L., Durante C., Favaro M., Agnoli S., Granozzi G., Gennaro A., Electrocatalysis at palladium nanoparticles: Effect of the support nitrogen doping on the catalytic activation of carbon halogen bond//Applied Catalysis B: Environmental. 2014. Vol. 144. P. 300-307.
22. Primak W. Radiation induced cavities and exfoliation//J. Appl. Phys. 1963. Vol. 34. P. 3630-3631.
23. Santala M. K., Radmilovic V., Giulian R., Ridgway M. C., Glaeser A. M., Gronsky R. Precipitate orientation relationships in Pt-implanted sapphire//Scripta Materialia. 2010. Vol. 62. P. 187-190.
24. Pivin J.C., Rizza G. Competing processes of clustering and mixing of noble metal embedded in silica under ion irradiation//Thin Solid Films. 2000. Vol. 366. P. 284-293.
25. Guan W., Peng N., Jeynes C., Ghatak J., Peng Y., Ross I. M., Bhatta U. M., Inkson B. J., Mübus G. Fabrication and characterisation of embedded metal nanostructures by ion implantation with nanoporous anodic alumina masks//Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2013. Vol. 307. P. 273-276.
26. Battaglin G., Bertoncello R., Casarin M., Cattaruzza E., Mattei G., Mazzoldi P., Trivillin F., Urbani M. Pd ion implantation in silica and alumina: chemical and physical interactions//Journal of NonCrystalline Solids. 1999. Vol. 253. P. 251-260.
27. Jiao J., Liu C., Chen Q., Li S., Hu J., Li Q. Surface modification of indium tin oxide films by amino ion implantation for the attachment of multi-wall carbon nanotubes//Applied Surface Science. 2010. Vol. 257. P. 752-755.
28. Liu C., Chen Q., Jiao J., Li S., Hu J., Li Q. Surface modification of indium tin oxide films with Au ions implantation: Characterization and application in bioelectrochemistry//Surface & Coatings Technology. 2011. Vol. 205. P. 3639-3643.
29. Yu Y., Wang T., Fu Y., Su W., Hu J. Platinum nanoparticles ion-implanted-modified indium tin oxide electrode for electrocatalytic oxidation of formaldehyde//Int. J. Hydrogen Energy. 2014. Vol. 39. P. 17617-17621.
30. Tian H., Jia M., Zhang M., Hu J. Nonenzymatic glucose sensor based on nickel ion implanted-modified indium tinoxide electrode//Electrochimica Acta. 2013. Vol. 96. P. 285-290.
31. Tian H., Jia M., Zhang M., Hu J., Li S., Ji X., Liu C., Cao W., Hua J., Li Q. Direct electrochemistry of cytochrome c at a novel gold nanoparticles-attached NH2 ions implantation-modified indium tin oxide electrode//Journal of Electroanalytical Chemistry. 2009. Vol. 633. P. 273-278.
32. Salvadori M.C., Teixeira F.S., Sgubin L.G., Cattani M., Brown I.G. Surface modification by metal ion implantation forming metallic nanoparticles in an insulating matrix//Applied Surface Science. 2014. Vol. 310. P. 158-163.
33. Santala M.K., Radmilovic V., Giulian R., Ridgway M.C., Glaeser A.M., Gronsky R. Precipitate orientation relationships in Pt-implanted sapphire//Scripta Materialia. 2010. Vol. 62. P. 187-190.
34. Mariani-Regula G., Pichaud B., Godey S., Ntsoenzok E., Perner O., Bouayadi R.E. Gettering of platinum by cavities induced in silicon by high energy implantation of HE ions//Materials Science and Engineering. 2000. Vol. B71. P. 203-206.
35. Fenfen Liang, Mingzhe Jia, Jingbo Hu. Pt-implanted indium tin oxide electrodes and their amperometric sensor applications for nitrite and hydrogen peroxide//Electrochimica Acta. 2012. Vol. 75. P. 414-419.
36. Shulov V.A. Novikov A.S., Paikin A.G., Ryabchikov A.I. Erosion resistance of refractory alloys modified by ion beams//Surface & Coatings Technology. 2007. Vol. 201. P. 8105-8111.
37. Pivin J.C., Rizza G. Competing processes of clustering and mixing of noble metal films embedded in silica under ion irradiation//Thin Solid Films. 2000. Vol. 366. P. 284-293.
38. Battaglin G., Bertoncello R., Casarin M., Cattaruzza E., Mattei G., Mazzoldi P., Trivillin F., Urbani M. Pd ion implantation in silica and alumina: chemical and physical interactions//Journal of Non-Crystalline Solids. 1999. Vol. 253. P. 251-260.
39. Perini L., Durante Ch., Favaro M., Agnoli S., Granozzi G., Gennaro A. Electrocatalysis at palladium nanoparticles: Effect of the support nitrogen doping on the catalytic activation of carbon halogen bond//Applied Catalysis B: Environmental. 2014. Vol. 144. P. 300-307.
40. Santala M.K., Radmilovic V., Giulian R., Ridgway M.C., Glaeser A.M., Gronsky R. Precipitate orientation relationships in Pt-implanted sapphire//Scripta Materialia. 2010. Vol. 62. P. 187-190.
41. Salvadoria M.C., Teixeiraa F.S., Sgubina L.G., Cattania M., Brown I.G., Surface modification by metal ion implantation forming metallic nanoparticles in an insulating matrix//Applied Surface Science. 2014. Vol. 310. P.158-163.
42. Liang F., Tian H., Jia M., Hu J. Pt nanoparticles ion-implanted onto indium tin oxide electrodes and their electrocatalytic activity towards methanol//Journal of Power Sources. 2013. Vol. 225. P. 9-12.
43. Interactions of Ions with Matter ww.srim.org
44. Stimming U. Photoelectrochemical studies of passive films//Electrochim Acta. 1986. Vol. 31. P. 415-429.
45. Зарубежные аналоги сталей http://www.steelser.ru/guide/foreign-articles-analog
46. Antunes R.A., Oliveira M.C.L., Ett G., Ett V. Corrosion of metal bipolar plates for PEM fuel cells // International journal of hydrogen energy. 2010. Vol. 35. P. 3632 - 3647; Jung H.Y., Huang S.Y., Ganesan P., Popov B.N. Performance of gold-coated titanium bipolar plates in unitized regenerative fuel cell operation // J. Power Sources. 2009. Vol. 194. P. 972-975.
47. Muthukumaran V., Selladurai V., Nandhakumar S., Senthilkumar M. Experimental investigation on corrosion and hardness of ion implanted AISI 316L stainless steel//Materials and Design. 2010. Vol. 31. P. 2813-2817.
48. Jung H.Y., Huang S.Y., Ganesan P., Popov B.N. Performance of gold-coated titanium bipolar plates in unitized regenerative fuel cell operation//J. Power Sources. 2009. Vol. 194. P. 972-975.
49. Feng K., Cai X., Li Z., Chu P.K. Improved corrosion resistance of stainless steel 316L by Ti ion implantation//Materials Letters. 2012. Vol. 68. P. 450-452.
50. Lee J.-B. and Oh I.H. Electrochemical characteristics and interfacial contact resistance of multilayered ti/tin coating for metallic bipolar-plate of polymer electrolyte membrane fuel cells//Met. Mater. Int. 2014. Vol. 20. №. 4. P. 629-639.
51. Васецкая Л.А. Ионная имплантация как способ повышения эксплуатационной стойкости мелкоразмерного стального инструмента//Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2013. Т. 5/6, № 66. С. 7-11.
52. Feng K., Shen Y., Liu D., Chu P.K., Cai X. Ni-Cr Co-implanted 316L stainless steel as bipolar plate in polymer electrolyte membrane fuel cells//International journal of hydrogen energy. 2010. Vol. 35. P. 690-700.
53. Овчинников В.В., Козлов Д.А., Якутина С.В. Влияние ионной имплантации меди на свойства конструкционной стали 30ХГСН2А//Упрочняющие технологии и покрытия. 2009. № 10. C. 16-23.
54. Якутина С.В. Повышение эксплуатационных свойств деталей из стали 30ХГСН2А имплантацией ионов меди и свинца: Автореф. дис. канд. техн. наук. Москва, 2011. 20 c.
55. Аналоги Титан, Сплав титана -США http://www.splavkharkov.com/z_mat_class.php?type_id=17&zcountry=20
56. Krupa D., Baszkiewicz J., Jezierska E., Mizera J., Wierzchon T., Barcz A., Fillit R. Effect of nitrogenion implantation on the corrosion resistance of OT-4-0 titanium alloy in 0.9% NaCl environment//Surface and Coatings Technology. 1999. Vol. 111. P. 86-91.
57. Liu Y.Z., Zu X.T., Qiu S.Y., Cao J., Li C.X., Huang X.Q., Wei C.F. Phase formation and modification of corrosion property of nitrogen implanted Ti-Al-V alloy//Vacuum. 2006. Vol. 81. P. 71-76.
58. Liu Y.Z., Zu X.T., Cao J., Wang L., Li C.X., Huang X.Q. Phase formation in nitrogen ion implanted Ti-Al-Zr alloy and modification of corrosion property//Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2005. Vol. 237. P. 543-54.
59. Savaloni H., Khojier K., Torabi S. Influence of N+ ion implantation on the corrosion and nano-structure of Ti samples//Corrosion Science. 2010. Vol. 52. P. 1263-1267 (in Eng.).
60. Savonov G.S., Ueda M., Oliveira R.M., Otani C. Electrochemical behavior of the Ti6Al4V alloy implanted by nitrogen PIII//Surface and Coatings Technology. 2011. Vol. 206. P. 2017-2020.
61. Ali N., Fulazzaky M.A., Mustapa M.S., Ghazal M.I., Ridha M., Sujitno T. Assessment of fatigue and corrosion fatigue behaviors of the nitrogen ion implanted CpTi//International Journal of Fatigue. 2014. Vol. 61. P. 184-190.
62. Gordin D.M., Busardo D., Cimpean A., Vasilescu C., Höche D., Drob S.I., Mitran V., Cornen M., Gloriant T. Design of a nitrogen-implanted titanium-based superelastic alloy with optimized properties for biomedical applications//Materials Science and Engineering: C. 2013. Vol. 33, iss. 7. P. 4173-4182.
63. Kopac J., Jackson M.J., Waqar A. Review: titanium and titanium alloy applications in medicine//Int. J. Nano Biomater. 2001. Vol. 1. P. 3-34.
64. Mändl S., Sader R., Thorwart G., Krause D., Zeilhofer H.-F., Horch H. H., Rauschenbach B. Investigation on plasma immersion ion implantation treated medial implants//Biomolecular Eng. 2002. Vol. 19. P. 129-132.
65. Qin H. at al. In vitro and in vivo anti-biofilm effects of silver nanoparticles immobilized on titanium//Biomaterials. 2014. Vol. 35, iss. 33. P. 9114-9125.
66. Jin G., Qin H., Cao H., Qian S., Zhao Y, Peng X., Zhang X., Liu X., Chu P. K. Synergistic effects of dual Zn/Ag ion implantation in osteogenic activity and antibacterial ability oftitanium//Biomaterials. 2014. Vol. 35, iss. 27. P. 7699-7713.
67. Hempel F., Finke B., Zietz C., Bader R., Weltmann K.-D., Polak M. Antimicrobial surface modification of titanium substrates by means of plasma immersion ion implantation and deposition of copper//Surface and Coatings Technology. 2014. Vol. 256. P. 52-58.
68. Hongxi L., Qian X., Xiaowei Z., Chuanqi W., Baoyin T. Wear and corrosion behaviors of Ti6Al4V alloy biomedical materials by silver plasma immersion ionimplantation process//Thin Solid FilmsVolume. 2012. Vol. 521. P. 89-93.
69. Fateev V., Alekseeva O., Lutikova E., Porembskiy V., Nikitin S., Mikhalev A. New physical technologies for catalyst synthesis and anticorrosion protection//Int. J. Hydrogen Energy. 2016. Vol. 41, No 25. P.10515-10521.
70. Куликова Л.Н., Фатеев В.Н., Баттисти А.Де, Русанов В.Д. Электрохимическое поведение диоксида иридия, модифицированного методом ионной имплантации//Электрохимия. 1996. Т. 32, № 6. С. 749-753.
71. Фатеев В.Н., Гусева М.И., Пахомов В.П. и др. Синтез анодных электрокаталитических покрытий методом имплантации атомов отдачи//Электрохимия. 1990. Т. 26, № 1. С. 74-76.
72. Fateev V., Glukhov A., Nikitin S. et. al. “New Physical Technologies for Catalyst Synthesis and Anticorrosion Protection” 5th European PEFC & H2 Forum, Luzern, 30 June -3 July 2015. Chapter 04. Sessions A06, A09, A13. P. 89-98.
73. Марусева И.В., Пушкарев А.С., Михалев А.И., Фатеев В.Н., Григорьев С.А. Некоторые возможности ионной имплантации для повышения коррозионной стойкости и каталитической активности титановых коллекторов тока для электролизеров с ТПЭ//Сборник трудов российской конференции «Физико-химические проблемы возобновляемой энергетики». 16-18 ноября 2015. Санкт-Петербург. С. 237.
74. Fenfen Liang, Huifeng Tian, Mingzhe Jia, Jingbo Hub. Pt nanoparticles ion-implanted onto indium tin oxide electrodes and their electrocatalytic activity towards methanol//Journal of Power Sources. 2013. Vol. 225. P. 9-12.
75. Kato S., Yamaki T., Yamamoto S., Hakoda T., Kawaguchi K., Kobayashi T., Suzuki A., Terai T. Preparation of tungsten carbide nanoparticles by ion implantation and electrochemical etching//Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2013. 314. P. 149-152.
76. Куликова Л.Н., Фатеев В.Н., Пахомов В.П., Потапова Г.Ф., Касаткин Э.В. Модифицированные имплантацией платиновые и платинотитановые электроды//Электрохимия. 1990. Т. 26, № 10. С. 1048-1050.
77. Куликова Л.Н., Фатеев В.Н., Баттисти А.Де, Русанов В.Д. Электрохимическое поведение диоксида иридия, модифицированного методом ионной имплантации//Электрохимия. 1996. Т. 32, № 6. С. 749-753.
78. Semiconductor Our Products http://www.semisvs.com/vsea-01.html
79. ООО «ЭНЕРГОАВАНГАРД» комплексное оснащение предприятий http://eav.su/catalog/ionnaya-implantaciya
80. ULVAC. http://www.ulvac.com
Для цитирования:
Фатеев В.Н., Никитин С.М. МЕТОД ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ И АКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОКАТАЛИЗАТОРОВ (ОБЗОР). Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2016;(21-22):63-82. https://doi.org/10.15518/isjaee.2016.21-22.063-082
For citation:
Fateev V.N., Nikitin S.M. THE ION IMPLANTATION AS THE METHOD FOR IMPROVING THE CORROSION RESISTANCE AND ACTIVITY OF ELECTROCATALYSTS (REVIEW). Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2016;(21-22):63-82. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2016.21-22.063-082
Просмотров: 380
Послать статью по эл. почте 