АЗОТ–МЕТАН ГАЗ ҚОСПАСЫНЫҢ РАДИОЖИІЛІКТІ ПЛАЗМАСЫНДА КӨМІРТЕК НИТРИДІНІҢ НАНОҚҰРЫЛЫМДЫ ЖҰҚА ҚАБАТТАРЫНЫҢ ӨСУ ПРОЦЕСІН ЗЕРТТЕУ

Аморфты көміртек нитридінің (a-CNₓ) жұқа қабықшалары плазманы импульстік модуляциялау режимін қолдана отырып, 13,56 МГц жиіліктегі азот-метан газ қоспасының радиожиілікті (РЖ) разряд плазмасында плазмамен белсендірілген химиялық бу фазасынан тұндыру (PECVD) әдісімен синтезделді. Тұрақты өздігінен ығысу кернеуінің (Vdc) динамикасы нанобөлшектердің нуклеациясын, өсуін және агломерациясын тікелей синтез үдерісі барысында бақылау үшін диагностикалық параметр ретінде тіркелді. Плазма тұтанғаннан кейін Vdc абсолюттік мәнінің монотонды түрде төмендейтіні анықталды. Нанобөлшектер агломерациясының басталуын Vdc(t) тәуелділігінің сипатты өзгерісі бойынша анықтауға болады. Бұл нәтиже төмен температуралы плазмада тозаңды бөлшектерінің түзілуінің үш сатылы моделімен сәйкес келеді. Агломерацияның басталу уақыты (tagl) метан шығынына, жұмыс қысымына және РЖ-разряд қуатына айтарлықтай тәуелді екені көрсетілді. Қалыпты жағдайларда (0,86 мбар, 20 Вт) CH₄ шығынын 2-ден 7 sccm-ге дейін арттыру tagl мәнін 4,4 с-тан 200 мс-қа дейін қысқартады, ал қысым мен қуаттың әсері сәйкесінше басым және монотонды емес сипатқа ие. Алынған нәтижелер қабықшалардың бақыланатын өсуі кезінде плазманың қосылу импульсінің оңтайлы ұзақтығын таңдау үшін пайдаланылды. Импульстік модуляция режимінде тұндырылған үлгілер SEM, EDS, FTIR және XRD әдістерімен зерттелді. Зерттеу нәтижелері құрамында C–N және C=N байланыстары басым болатын тұтас стехиометриялық емес көміртек нитриді қабықшаларының түзілгенін растады. Алынған нәтижелер өздігінен ығысу кернеуін бақылау a-CNₓ нанобөлшектерінің өсу кинетикасын тікелей синтез үдерісі барысында қадағалаудың тиімді әрі қолжетімді әдісі екенін көрсетеді. Сонымен қатар, импульстік РЖ-плазма параметрлерін өзгерту арқылы қабықшалардың өсуін, морфологиясын және химиялық құрылымын басқаруға мүмкіндік береді.

1. Aono M., Kikuchi S., Kitazawa N., Watanabe Y. Change in surface states of amorphous carbon nitride films after exposure to oxygen plasma. Materials Science Forum. 638–642, 818–823 (2010). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.638-642.818

2. Mohamed S.H., El-Hossary F.M., Gamal G.A., Kahlid M.M. Optical properties of plasma deposited amorphous carbon nitride films on polymer substrates. Physica B: Physica B. 405, 254–257 (2010). https://doi.org/10.1016/j.physb.2009.08.069

3. Xu Q., Zheng Y., Wang S., Fu Q., Guo X., Li Y., Ren J., Cao Z., Li R., Zhao L., Huang Y. Plasma synthesis of K-doped amorphous carbon nitride with passivated trap states for enhanced photocatalytic H₂O₂ production. Journal of Alloys and Compounds. 947, 169663 (2023). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.169663.

4. Bouchoule A., Boufendi L. Particle nucleation and growth in a low-pressure argon-silane discharge. Journal Plasma Sources Science and Technology. 3, 262, (1994). https://doi.org/10.1088/0963-0252/3/3/004.

5. Orazbayev S.A., Henault M., et all. Influence of Gas Temperature on Nucleation and Growth of Dust Nanoparticles in RF Plasma. IEEE Transactions on Plasma Science. 47 (7), 3069–3073 (2019). https://doi.org/10.1109/TPS.2019.2912805.

6. Guo, X., Duan, J., Li, C., Zhang, Z. & Wang, W. Highly efficient Z-scheme gC3N4/ZnO photocatalysts constructed by co-melting-recrystallizing mixed precursors for wastewater treatment. J. Mater. Sci. 55, 2018– 2031 (2020). https://doi.org/10.1007/s10853-019-04097-0

7. Yang, X., Tang, B., Wu, T. & Cao, X. g-C3N4/TiO2 composite photocatalyst and its application to asphalt for NO removal. J. Mater. Civ. Eng. 31, 04019141 (2019). https://doi.org/10.1061/%28ASCE%29MT.1943-5533.0002763

8. Li, X. et al. Synergistic effect of efficient adsorption g-C3N4/ZnO composite for photocatalytic property. J. Phys. Chem. Solids 75, 441–446 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2013.12.001

9. Ghafuri, H., Tajik, Z., Ghanbari, N. et al. Preparation and characterization of graphitic carbon nitridesupported l-arginine as a highly efficient and recyclable catalyst for the one-pot synthesis of condensation reactions. Sci Rep 11, 19792 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-97360-x

10. Rashidizadeh, A., Ghafuri, H., Esmaili Zand, H. R. & Goodarzi, N. Graphitic carbon nitride nanosheets covalently functionalized with biocompatible vitamin B1: synthesis, characterization, and its superior performance for synthesis of quinoxalines. ACS Omega 4(7), 12544–12554 (2019). https://doi.org/10.1021/acsomega.9b01635

11. Saravanan V., Lakshmanan P., Ramalingan C., Appl Organomet Chem 2023, 37(10), e7215. https:// doi.org/10.1002/aoc.7215

12. Shcherban N.D., et. all. Melamine-derived graphitic carbon nitride as a new effective metal-free catalyst for Knoevenagel condensation of benzaldehyde with ethylcyanoacetate. Catal. Sci. Technol. (2018) 8 (11): 2928–2937. https://doi.org/10.1039/c8cy00253c

13. Thomas A., Fischer A., et. all. Graphitic carbon nitride materials: variation of structure and morphology and their use as metal-free catalysts. J. Mater. Chem., 2008, 18, 4893–4908. https://doi.org/10.1039/b800274f

14. Elamin, M.R.; Elamin, N.Y.; Ibrahim, T.G.; et. all. Facile Synthesis of β-C3N4 and Its Novel MnTeO3 Nanohybrids for Remediating Water Contaminated by Pharmaceuticals. Processes 2025, 13, 2357. https://doi.org/10.3390/pr13082357

15. Drueck U. and Kutoglu A. Experimental difference densities of hexacyanobenzene at 120 k.refinement of electron density distributions with charge-cloud models. Zeitschrift fuer Kristallographie (1979-2010), 166:233–244, 1984. https://doi.org/10.1524/zkri.1984.166.3-4.233

16. Parkes A.S. and Hughes R.E. The crystal structure of cyanogen. Acta Crystallographica. (1963). 16, 734–736. https://doi.org/10.1107/S0365110X63001924

17. A. Salamat, K. Woodhead, P.F. McMillan, R. Quesada Cabrera, A. Rahman, D. Adriaens, and F. Cora. Tetrahedrally bonded dense c2 n3 h with a defective wurtzite structure: x-ray diffraction and raman scattering results at high pressure and ambient conditions. Phys. Rev. B (2009), 80, 104106. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.80.104106

18. Boufendi L., Gaudin J., Huet S., Viera G., Dudemaine M. Detection of particles of less than 5 nm in diameter formed in an argon–silane PECVD plasma. Applied Physics Letters. 79, 4301 (2001). https://doi.org/10.1063/1.1425431