Химики ЧелГУ изобрели новый способ получения алюмината меди

​Научная группа сотрудников кафедры химии твёрдого тела и нанопроцессов Челябинского государственного университета запатентовала новый способ получения алюмината меди со структурой делафоссита.

Исследование долгое время проводилось под руководством безвременно ушедшего в 2020 году профессора ЮУрГГПУ Валерия Викторова. В составе научного коллектива: заведующая кафедрой, доцент Елена Белая, доцент Игорь Ковалёв, ассистент кафедры, аспирант ЧелГУ Александр Макогон и выпускница аспирантуры ЧелГУ Мария Прокопенко.

Алюминат меди – один из наиболее перспективных наноструктурных материалов – привлекает внимание многих современных учёных-химиков. Подобные многокомпонентные системы, получаемые модифицированием исходного материала и обладающие новыми свойствами, находят различные области применения. Уже сегодня алюминат меди используется при создании разнообразных технических устройств, в том числе и в качестве термоэлектрических материалов.

«Никто не будет спорить с тем, что электрическая энергия удобна и универсальна по своему применению. Именно поэтому учёные до сих пор ищут новые эффективные методы её получения. В этой связи мы обратили внимание на твёрдотельные термоэлектрические преобразователи энергии (ТПЭ), у которых есть ряд неоспоримых преимуществ перед традиционными электрическими генераторами: простая конструкция, отсутствие подвижных частей, бесшумная работа, высокая надёжность, – поясняет Елена Белая. – Прозрачные проводящие оксиды, в том числе алюминат меди CuAlO2, широко используются в качестве прозрачных электродов в плоскопанельных дисплеях, солнечных элементах и сенсорных панелях. CuAlO2 со структурой делафоссита – полупроводник, относящийся к прозрачным проводящим оксидам с проводимостью p-типа, шириной запрещённой зоны ~3,5 эВ и с коэффициентом светопропускания в видимой области около 80%. И мы решили найти способ эффективного получения такого материала».

Научный поиск учёных-химиков ЧелГУ, предшествующий открытию, был сопряжён с рядом сложностей.

«Большая часть существующих на сегодняшний день прозрачных проводящих оксидов – это проводники с проводимостью n-типа, – отмечает Елена Белая. – А вот приготовить бинарные оксиды металлов с проводимостью p-типа, такие как алюминат меди, очень трудно. Это связано с тем, ионы меди (Cu+) стремятся к окислению до меди (Cu2+) во время прокаливания. Процесс приводит скорее к разложению, чем к образованию однофазного материала. Мы провели массу экспериментов, меняя различным образом режим нагрева, и пришли к выводу, что что режим нагрева существенно влияет на фазовый состав конечного продукта, а значит и его свойства. В результате выяснили, что при постепенном нагреве образуется алюминат меди со структурой шпинели, а при резком – делафоссит. Мы поняли, что при синтезе делаффосита необходимо использовать тепловой удар. Это открытие и стало поводом для получения патента».

Добавим, патент № 2781013 зарегистрирован в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 4 октября 2022 года.