Ключевые слова: порошковые структуры, импульсный нагрев, наноструктурированные материалы, аллотропы углерода, фтор, дисперсные среды, графит.
Аннотация
В работе исследовано влияние фторидов и борсодержащих соединений на структуру и морфологию графитовых порошков при импульсном Джоулевом нагреве (БДН). Метод БДН представляет из себя импульсный высокотемпературный процесс, основанный на пропускании кратковременного электрического тока через проводящую порошковую смесь, с образованием высоких температур. В качестве источника фтора использовался фторопласт, также применялся тетраборат натрия (Na2B4O7) для увеличения сопротивления, а исходным материалом служил синтетический реакторный графит марки ГР-220. Методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (ЭДС) подтверждено успешное внедрение фтора в частицы синтезируемого материала. Приведены СЭМ изображения как чистых материалов, так и спеченных порошков, получаемых в ходе БДН, откуда видно, что частицы графита претерпели изменения при высоких температурах став меньше и округлившись. Показано, что при БДН фторопласт разлагается с выделением атомарного фтора, способствующего стабилизации sp3-гибридизованных структур, в то время как бура выполняет роль флюса и источника бора, улучшая однородность распределения компонентов. Полученные результаты позволяют разработать новый метод целенаправленного синтеза углеродных наноматериалов, легированных фтором, с применением импульсного нагрева.
Keywords: powder structures, flash heating, nanostructured materials, carbon allotropes, fluorine, disperse media, graphite.
Abstract
This study investigates the influence of fluorides and boron-containing compounds on the structure and morphology of graphite powders during flash joule heating (FJH). The FJH method is a high-temperature pulsed process based on passing a short-duration electric current through a conductive powder mixture, thereby generating extremely high temperatures. Polytetrafluoroethylene (PTFE) was used as the fluorine source, sodium tetraborate (Na2B4O7, borax) was added to increase electrical resistance, and synthetic reactor-grade graphite (GR-220) served as the starting material. Scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) confirmed successful fluorine incorporation into the synthesized particles. SEM images of both pristine and FJH-treated powders reveal that graphite particles underwent significant morphological changes—becoming smaller and more rounded—due to exposure to high temperatures. It is shown that during FJH, PTFE decomposes, releasing atomic fluorine that stabilizes sp3-hybridized structures, while borax acts as a flux and boron source, improving component distribution. The obtained results offer a new method for target synthesis of fluorine-doped carbon nanomaterials using pulsed heating.
[ Full text ]