Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис.1 Светлопольное (а) и темнопольное (б) ПЭМ изображения ионно-плазменного конденсата углерода; разрешение атомных плоскостей (000.2) наночастиц графита в матрице углерода.
Рис. 2 Электронограммы (а, б) и ПЭМ изображения (в, г) пленок CuInSe2, синтезированных последовательным нанесением слоев на поверхность (001) монокристалла NaCl из двухкомпонентной паровой фазы при термическом испарении (а, в) и методом магнетронного распыления (б, г). Двухдоменная субструктура CuInSe2 с ориентацией доменов относительно подложки: (010),[001]CuInSe2II(001),[100] и [010]NaCl.
Рис.3 Нанокристаллиты ГА на ПЭМ изображениях профиля (а) утоненного слоя (более 2000 нм) и тонкого (~70 нм) слоя (б); прямое разрешение в рефлексе (000.2)
Рис.4 ПЭМ разрешение атомных плоскостей на межфазных границах LiNbO3/Ag (а), и LiNbO3/Si (б)
Рис.5 ПЭМ разрешение атомных плоскостей в нанокристаллах палладия и иттрия

Наноструктурирование ионно-плазменных конденсатов

Ключевые слова:  Конденсат, периодика

Автор(ы): Белоногов Е. К.

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

27 сентября 2010

Введение

Дизайн низкоразмерных материалов – разработка подходов, методов воздействия на структуру (инженерия дефектов субструктуры), фундаментальных основ создания компактных и (или) дискретных конденсатов с наноразмерными неоднородностями морфологии (индустрия наносистем). Фундамент успеха современного материаловедения - размерный эффект, делающий свойства низкоразмерных структур отличными от свойств объёмных материалов. Размерный эффект изменяет энергетический спектр электронной системы и большинство физических свойств тонкопленочных материалов. В современных и перспективных проектах материаловедения (нано-, микро-, оптоэлектроника) ведущую роль играют тонкопленочные структуры - двумерные объекты (гетероструктуры, мультислои, сверхрешётки), а также одно- и нуль-мерные (квантовые нити и точки). Фундаментальная проблема материаловедения - стабилизация физико-химических свойств нанообъектов. Недостаток информации о законах морфологического развития и структурирования нанодисперсных покрытий сдерживает применение многокомпонентных слоев, для производства изделий в тонкопленочном исполнении. Актуальность исследования закономерностей наноструктурирования при ассистирующем ионно-плазменном воздействии при конденсации, обусловлена потребностями фундаментальной науки и реальной перспективой создания нового класса материалов с улучшенными или принципиально новыми свойствами.

Инженерия субструктуры ионно-плазменных конденсатов

Технология создания высокой удельной поверхности (открытая макро и микропористость) вакуумных конденсатов за счет столбчатого характера получает дополнительные возможности с формированием наноструктурных элементов второй фазы; сущность изобретения[1,2] заключается в том, что в состав покрытия входит углерод в виде наночастиц (фуллерены и нанотрубки). Композиционное (оксид алюминия – углерод) покрытие с высокой открытой пористостью нанесено на алюминиевые фольги методом ВЧ-магнетронного распыления.

Дисперсные включения (нанокристаллы графита) распределены в дисперсной среде (матрица углерода) см. рис. 1 а, б. Развитая поверхность проводящей фазы – наноструктуры (углеродные нанотрубки и наноленты (рис. 1в)) в пористой матрице оксида Al. Т. е. развитие эффективной поверхности ионно-плазменного конденсата происходит за счет наноструктурированного распределения графита в аморфной матрице.

Синтез сложного соединения реализован [3] последовательной конденсацией двухкомпонентных слоев (Cu-Se и In-Se). Два технологических подхода (термическое испарение и магнетронное распыление) формируют ориентированные слои CuInSe2, которые идентичны по фазовому составу и ориентации кристаллитов, но субструктура ионно-плазменного конденсата (сравни рис. 2 в, г), характеризуется большей дисперсностью, дефектностью и размытием текстуры. Увеличение дисперсности и дефектности конденсатов – эффект плазмы(результат бомбардировки растущего слоя электронами плазмы).

Чувствительность структуры и фазового состава пленок гидроксиапатита (ГА) к воздействию плазменного разряда обнаружена [4-6] когда над зоной эрозии мишени были синтезированы однофазные пленки нанокристаллического гидроксиапатита со стехиометрией Ca10(PO4)6(OH)2 и компактной структурой, а за пределами зоны эрозии - аморфно-нанокристаллические и аморфные пленки, которые в результате различного энергетического воздействия (отжиг, воздействия электронным пучком, импульсного облучения некогерентным ЭМИ формируют нанокрикристаллы ГА.

Прямое разрешение атомных плоскостей нанокристаллитов (рис. 3) демонстрирует предельные размеры (~ 20нм) кристаллитов ГА, как в латеральном, так и в нормальном направлениях роста слоя.

ВЧ магнетронным распылением монокристаллической пластины ниобата лития на поверхностях кремния и фторфлогопита синтезированы пленочные слои, дисперсность и морфология которых, также зависит от геометрии расположения подложки относительно зоны эрозии мишени [7]. Над зоной эрозии формируются однофазные поликристаллические пленки ниобата лития с двухосной и одноосной текстурой соответственно на поверхностях фтофлогопита и окисленного кремния (рис. 4).

Слоистый характер роста наиболее свойственен пленкам с двухосной текстурой, а интенсивное развитие рельефа за счет селективного роста – одноосной.

Ионно-плазменные конденсаты Pd-ат.8%Y на поверхностях разной пористости (от прессованных из порошков соответственно микронного и субмикронного размера до монокристаллических) формируют разную толщину слоя Pd-Y (от 2 до 6мкм), объясняется конденсационно-стимулированной поверхностной диффузией атомов конденсата в пористые подложки. Заполнение пор и насыщение приповерхностного слоя пористой подложки конденсируемым материалом происходит на глубину в несколько микрометров. Происходит модификация поверхностного слоя - пористая матрица подложки насыщается материалом конденсата, который формирует нанокристаллическую структуру (рис.5).

Это открывает принципиальную возможность модификации развитой поверхности, закрытия пор и микротрещин подложки нанесением соответствующей толщины слоев ионно-плазменных конденсатов (сплавов на основе палладия). Плазменное ассистирование обеспечивает резкое увеличение подвижности адатомов на подложках с высокой удельной поверхностью (открытой пористостью). Замеченный эффект – основа инженерии нанокристаллических селективных фильтрующих мембран на пористых подложках.

Эффекты ионно-плазменного ассистирования

В несбалансированных магнетронных распылительных системах отклонение от аксиальной симметрии рабочих полей (электрическое, магнитное) создает условия для бомбардировки растущего слоя электронами либо ионами плазмы. Ионный пучок инициирует конденсацию плотных, высокотвердых и износостойких покрытий на основе оксидов, нитридов, карбидов и других соединений с высокой адгезией на межфазных границах. Функциональные свойства покрытия достигаются созданием градиентной структуры ионно-плазменного конденсата. Электронный пучок инициирует диффузию, синтез, фазовые превращения, эпитаксиальный рост, увеличение дисперсности, порообразование, развитие рельефа.

Ионно-плазменное ассистирование инициирует формирование структуры с рекордно малыми размерами кристаллитов и их границ в сравнении с другими методами создания наноструктурных материалов. К размерным эффектам следует отнести формирование аморфных нанослоев и монокристаллических вискеров в композиционных конденсатах. В ионно-плазменных конденсатах, наносимых при невысоких Тп и высокой плотности плазмы выделение второй фазы сопровождается расслоением пленки по вертикали (столбчатый рост); с увеличением Тп и снижением плотности плазмы происходит слоевой рост. Электронная бомбардировка препятствует слоевому росту пленки. Эффект плазмы через ослабление межфазного взаимодействия пленка-подложка в результате бомбардировки электронами проявляется в реализации дополнительных двухосных текстур, многоориентационного зарождения при выделении второй фазы и, как следствие, увеличении дисперсности пленки.

Для обозначения главных закономерностей ионно-плазменного ассистирования достаточно представить последовательность элементарных процессов в системе плазма-конденсат, которые проходят по схеме: 1) Электронная и ионная бомбардировка, ионизация, некогерентное ЭМИ; 2) Уменьшение порога дефектообразования; 3)Генерация вакансий и междоузельных атомов; 4) Наноструктурирование дискретных и компактных конденсатов.

В ближайшее время ожидается расширение спектра сложных ионно-плазменных покрытий и градиентных структур с наноструктурными элементами: кластеры, нанотрубки, фуллерены, квантовые нити и точки. Показана принципиальная возможность селективного заполнения нанопор металлами и их кластерный характер в треках тяжелых ионов [8], автоэмиссионные свойства углеродных нанотрубок и SiC вискеров, синтезированных с использованием частиц Ni, осажденных в ионных треках SiO2 [9].

Список использованных источников

  1. Иевлев В.М., Белоногов Е.К. и др. Патент № 2123738, Н 01 С 9/00, 9/04, (1997)
  2. Иевлев В.М., Тураева Т.Л., Белоногов Е.К. и др. ФХОМ, 1, 104, (1998)
  3. Иевлев ВМ, Белоногов Е.К., Харин А.Н. Неорганические материалы, 41, 1, 15, (2005)
  4. Баринов С.М., Белоногов Е.К. и др. ДАН, 412, 3, 347, (2007).
  5. Иевлев В. М. и др., Конденсиров. среды и межфазные границы, 9, 3, 209, (2007)
  6. Иевлев В.М. и др. Физика и химия стекла, 34, 798, (2008)
  7. Иевлев В.М., Калинников В.Т., Белоногов Е.К., Костюченко А.В.
  8. Демьянов С Е, Петров А В, Белоногов Е. К., Изв. РАН, сер. физ., 72, 9, 1262, (2008)
  9. А.В. Окотруб и др., Российские нанотехнологии, 4, № 9 –10, (2009), www.nanoru.ru



Средний балл: 8.7 (голосов 7)

 



Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Структуры гидроксида магния
Структуры гидроксида магния

III Международная гибридная школа-конференция "Сканирующая зондовая микроскопия для биологических систем - 2021"
НТ-МДТ Спектрум Инструментс приглашает вас принять участие в III Международной гибридной школе-конференции "Сканирующая зондовая микроскопия для биологических систем -2021", BioSPM-2021

SCAMT Workshop Week - практикум по нанотехнологиям в области хим/био/IT. Санкт-Петебург, 30 января - 6 февраля
SCAMT открывает подачу заявок на 8-ую научную школу SCAMT Workshop Week, которая пройдет с 30 января по 6 февраля 2022 года. Для студентов, прошедших отбор, участие в SWW бесплатное, иногородним предоставляется проживание.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Ленточки в косую полосочку: где кончается текстурный дизайн и начинается деформационная инженерия. Борофен: От слоя к слою. Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать: скачки Баркгаузена в сегнетоэлектрике. Украшение из скандия для притяжения водорода. Нобелевская премия 2021.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2021
Коллектив авторов
Защиты выпускных квалификационных работ (квалификация – бакалавр материаловедения) по направлению 04.03.02 - «химия, физика и механика материалов» на Факультете наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова состоятся 8, 9, 10 и 11 июня 2021 г. Начало защит в 11.00. Защиты пройдут с использованием дистанционных образовательных технологий.

Академик Е.Н. Каблов: «Для освоения космоса нужны новые материалы»
Янина Хужина
В этом году весь мир отмечает 60-летие первого полета человека в космос. Успех миссии Юрия Гагарина стал возможен благодаря слаженной работе многих людей: физиков, математиков, конструкторов, инженеров-проектировщиков и, конечно, материаловедов. «Научная Россия» обсудила с академиком РАН Евгением Кабловым основные вехи в развитии космического и авиационного материаловедения.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2021 году
коллектив авторов
25 - 28 мая пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.