danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2023-67-3-250-256dan-1135Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИTECHNICAL SCIENCESЛегированный бором пиролитический углерод: материал для биомедицинского и инженерно-технического примененияBoron-enriched pyrolitic carbon: material for biomedical and engineering applicationsДемиденкоМ. И.DemidenkoM. I.

Демиденко Марина Ивановна – заведующий лабораторией

ул. Бобруйская, 11, 220006, Минск, Республика Беларусь

Demidenko Marina I. – Head of the Laboratory

11, Bobruiskaya Str., 220006, Minsk, Republic of Belarus

midemidenko67@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-2845-4744АдамчукД. В.AdamchukD. V.

Адамчук Дмитрий Вячеславович – канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник

ул. Бобруйская, 11, 220006, Минск, Республика Беларусь

Adamchuk Dmitry V. – P h. D. ( Physics a nd M athematics), Senior Researcher

11, Bobruiskaya Str., 220006, Minsk, Republic of Belarus

adamchuk.dzmitry@yahoo.comРусановА. П.RusanovA. P.

Русанов Андрей Павлович – начальник КТБ

пр. Партизанский, 2, 220033, Минск, Республика Беларусь

Rusanov Andrey P. – Head of KTB

2, Partizanski Ave., 220033, Minsk, Republic of Belarus

rusanovandrei94@mail.ruСироткинС. В.SirotkinS. V.

Сироткин Сергей Владимирович – главный экономист

пр. Партизанский, 2, 220033, Минск, Республика Беларусь

electronmash-plant@yandex.ruИванькоЛ. В.IvankoL. V.

Иванько Леонид Владимирович – и. о. директора

пр. Партизанский, 2, 220033, Минск, Республика Беларусь

Ivanko Leonid V. – Acting Director

2, Partizanski Ave., 220033, Minsk, Republic of Belarus

electronmash-plant@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8271-0449МаксименкоС. А.MaksimenkoS. A.

Максименко Сергей Афанасьевич – д-р физ.-мат. наук, профессор, директор

ул. Бобруйская, 11, 220006, Минск, Республика Беларусь

Maksimenko Sergey A. – D. Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Director

11, Bobruiskaya Str., 220006, Minsk, Republic of Belarus

sergey.maksimenko@gmail.comИнститут ядерных проблем Белорусского государственного университетаInstitute for Nuclear Problems of the Belarusian State UniversityЗавод «Электронмаш»Electronmash-plant202306072023673250256Copyright © Демиденко М.И., Адамчук Д.В., Русанов А.П., Сироткин С.В., Иванько Л.В., Максименко С.А., 20232023Демиденко М.И., Адамчук Д.В., Русанов А.П., Сироткин С.В., Иванько Л.В., Максименко С.А.Demidenko M.I., Adamchuk D.V., Rusanov A.P., Sirotkin S.V., Ivanko L.V., Maksimenko S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1135

Представлено описание технологической установки и методики синтеза пиролитического углерода, легированного бором. Синтез такого материала основан на методе химического осаждения из газовой фазы (CVD). Синтез протекает на внутренней поверхности косвенно нагреваемой до 1450–1570 °C цилиндрической графитовой сборки, через которую пропускаются контролируемые газовые потоки азота, трихлорида бора и углеродсодержащих газов при низком давлении. Реализованная технология на базе разработанной установки позволяет синтезировать пластинки легированного бором пиролитического углерода, отмеченного совокупностью характеристик химической инертности и биосовместимости с высокими значениями твердости, упругости и длительности использования. Представлено исследование морфологии и состава материала, проведенное методами сканирующей электронной микроскопии и рамановской спектроскопии. Материал находит свое применение в качестве створок эндопротезов клапанов сердца на ОАО «Завод «Электронмаш».

The article describes a technological set-up and the synthesis methodology of boron-enriched pyrolytic carbon (B-PyC). The chemical vapor deposition (CVD) approach lies in the basis of the methodology. The synthesis occurs on the inner surface of a cylindrical graphite assembly indirectly heated to the temperatures of 1450–1570 °C. Controlled low-density flows of nitrogen, boron trichloride and carbonaceous gases react in the assembly, producing a B-PyC film deposited on the graphite substrate. The set-up has been designed to provide fabrication of B-PyC plates possessing features required for heart valve endoprosthesis: chemical inertia and biocompatibility combined with high hardness, high elasticity, and long operating life. The morphology and chemical composition of the material have been studied by electron scanning microscopy and Raman spectroscopy. The material is used at the “Electronmash Plant” for fabrication of heart valve endoprosthesis leaflets.

пиролитический углеродкарбид борахимическое осаждение из газовой фазывысокотемпературный пиролизэндопротез клапана сердцаpyrolitic carbonboron carbidechemical vapor depositionhigh temperature pyrolysishurt valve endoprosthesisReferencesАктуальные задачи использования композиционных и гибридных материалов на основе различных форм углерода в электромагнитных и биомедицинских приложениях / С. А. Максименко [и др.] // Журн. БГУ. Физика. – 2023. – № 1. – С. 55–69. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2023-1-55-69Maksimenko S. A., Kulahava T. A., Okotrub A. V., Suslyaev V. I. Actual problems of the usage of composite and hybrid materials based on different forms of nanocarbons in electromagnetic and biomedical applications. Journal of the Belarusian State University. Physics, 2023, no. 1, pp. 55–69 (in Russian). https://doi.org/10.33581/2520-2243-2023-1-55-69Золкин, П. И. Углеродные материалы в медицине / П. И. Золкин, В. С. Островский. – М., 2014. – 140 с.Zolkin P. I., Ostrovskii V. S. Carbon materials in medicine. Moscow, 2014. 140 p. (in Russian).Current use of carbon-based materials for biomedical applications – a prospective and review / G. Rajakumar [et al.] // Processes. – 2020. – Vol. 8, N 3. – Art. 355. https://doi.org/10.3390/pr8030355Rajakumar G., Zhang X.-H., Gomathi T., Wang S.-F., Ansari M. A., Mydhili G., Nirmala G., Alzohairy M. A., Chung I.-M. Current use of carbon-based materials for biomedical applications – a prospective and review. Processes, 2020, vol. 8, no. 2, art. 355. https://doi.org/10.3390/pr8030355Пироуглероды в сердечно-сосудистой хирургии / Л. А. Бокерия [и др.]. – М., 2020. – 54 с.Bokeria L. A., Agafonov A. V., Kuznetsov V. O., Gorodkov A. Yu. Pyrocarbons in cardiovascular surgery. Moscow, 2020. 54 p. (in Russian).Li, M. M. First-principle calculations on the structural stability and electronic properties of superhard BxCy compounds / M. M. Li, X. Fan, W. T. Zheng // J. Phys. Condens. Matter. – 2013. – Vol. 25, N 42. – Art. 425502. https://doi.org/10.1088/0953-8984/25/42/425502Li M. M., Fan X., Zheng W. T. First-principle calculations on the structural stability and electronic properties of superhard BxCy compounds. Journal of Physics: Condensed Matter, 2013, vol. 25, no. 42, art. 425502. https://doi.org/10.1088/0953-8984/25/42/425502First-principles studies of structural and electronic properties of hexagonal BC5 / Q. Hu [et al.] // Phys. Rev. B. – 2006. – Vol. 73, N 21. – Art. 214116. https://doi.org/10.1103/physrevb.73.214116Hu Q., Wu Q., Ma Y., Zhang L., Liu Z., He J., Sun H., Wang H.-T., Tian Y. First-principles studies of structural and electronic properties of hexagonal BC5. Physical Review B, 2006, vol. 73, no. 21, art. 214116. https://doi.org/10.1103/physrevb.73.214116Computational predictions and microwave plasma synthesis of superhard boron-carbon materials / P. Baker [et al.] // Materials. – 2018. – Vol. 11, N 8. – Art. 1279. https://doi.org/10.3390/ma11081279Baker P., Catledge S, Harris S., Ham K., Chen W.-C., Chen C.-C., Vohra Y. Computational predictions and microwave plasma synthesis of superhard boron-carbon materials. Materials, 2018, vol. 11, no. 8, art. 1279. https://doi.org/10.3390/ma11081279Chasmawala, M. Synthesis of B/C materials from boron-containing phenyl acetylides / M. Chasmawala, T. C. Chung // Carbon. – 1997. – Vol. 35, N 5. – P. 641–650. https://doi.org/10.1016/s0008-6223(97)00019-5Chasmawala M., Chung T. C. Synthesis of B/C materials from boron-containing phenyl acetylides. Carbon, 1997, vol. 35, no. 5, pp. 641–650. https://doi.org/10.1016/s0008-6223(97)00019-5Preparation and characterization of BxC1–x thin films with the graphite structure / B. M. Way [et al.] // Phys. Rev. B. – 1992. – Vol. 46, N 3. – P. 1697–1702. https://doi.org/10.1103/physrevb.46.1697Way B. M., Dahn J. R., Tiedje T., Myrtle K., Kasrai M. Preparation and characterization of BxC1–x thin films with the graphite structure. Physical Review B, 1992, vol. 46, no. 3, pp. 1697–1702. https://doi.org/10.1103/physrevb.46.1697Lowell, C. Solid Solution of Boron in Graphite / C. Lowell // J. Am. Ceram. Soc. – 1967. – Vol. 50, N 3. – P. 142–144. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1967.tb15064.xLowell C. Solid Solution of Boron in Graphite. Journal of the American Ceramic Society, 1967, vol. 50, no. 3, pp. 142–144. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1967.tb15064.xHu, R. Synthesis and characterization of novel B/C materials prepared by 9-chloroborafluorene precursor / R. Hu, T. C. Chung // Carbon. – 1996. – Vol. 34, N 10. – P. 1181–1190. https://doi.org/10.1016/0008-6223(96)00064-4Hu R., Chung T. C. Synthesis and characterization of novel B/C materials prepared by 9-chloroborafluorene precursor. Carbon, 1996, vol. 34, no. 10, pp. 1181–1190. https://doi.org/10.1016/0008-6223(96)00064-4A novel graphite-like material of composition BC3, and nitrogen–carbon graphites / J. Kouvetakis [et al.] // J. Chem. Soc. Chem. Commun. – 1986. – N 24. – P. 1758–1759. https://doi.org/10.1039/c39860001758Kouvetakis J., Kaner R. B., Sattler M. L., Bartlett N. A novel graphite-like material of composition BC3, and nitrogen–carbon graphites. Journal of the Chemical Society, Chemical Communications, 1986, no. 24, pp. 1758–1759. https://doi.org/10.1039/c39860001758An investigation of vapor deposited boron rich carbon–a novel graphite-like material–part I: the structure of BCx (C6B) thin films / C. T. Hach [et al.] // Carbon. – 1999. – Vol. 37, N 2. – P. 221–230. https://doi.org/10.1016/s0008-6223(98)00166-3Hach C. T., Jones L. E., Crossland C., Thrower P. A. An investigation of vapor deposited boron rich carbon–a novel graphite-like material–part I: the structure of BCx (C6B) thin films. Carbon, 1999, vol. 37, no. 2, pp. 221–230. https://doi.org/10.1016/s0008-6223(98)00166-3Evidence for the solubility of boron in graphite by electron energy loss spectroscopy / V. Serin [et al.] // Carbon. – 2000. – Vol. 38, N 4. – P. 547–554. https://doi.org/10.1016/s0008-6223(99)00128-1Serin V., Brydson R., Scott A., Kihn Y., Abidate O., Maquin B., Derré A. Evidence for the solubility of boron in graphite by electron energy loss spectroscopy. Carbon, 2000, vol. 38, no. 4, pp. 547–554. https://doi.org/10.1016/s0008-6223(99)00128-1Комбинационное рассеяние света в нанопористом углероде, получаемом из карбидов кремния и титана / А. М. Данишевский [и др.] // Физика твердого тела. – 2001. – Т. 43, № 1. – С. 132–139.Danishevskiǐ A. M., Smorgonskaya É. A., Gordeev S. K., Grechinskaya A. V. Raman light scattering in nanoporous carbon obtained from silicon and titanium carbides. Physics of the Solid State, 2001, vol. 43, no. 1, pp. 137–144. https://doi.org/10.1134/1.1340199Raman spectroscopy of carbon materials and their composites: Graphene, nanotubes and fibres / Z. Li [et al.] // Progress in Materials Science. – 2023. – Vol. 135. – Art. 101089. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101089Li Z., Deng L., Kinloch I. A., Young R. J. Raman spectroscopy of carbon materials and their composites: Graphene, nanotubes and fibres. Progress in Materials Science, 2023, vol. 135, art. 101089. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101089

The authors declare that there are no conflicts of interest present.