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

 

Рисовое поле
Рисовое поле

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ» (Интересные научные события 2020 года от Американского физического общества (APS): Новый век сверхпроводимости. Магические углы в графене. Новые рекорды LIGO и Virgo: сверхмассивные и асимметричные слияния черных дыр. Свет от темной материи в эксперименте Xenon. Чего не хватает для создания квантового интернета? Коперниканский переворот в нейронных сетях. Червякомешалка. Вселенский метроном и предел точности атомных часов. Благородные металлы и графен против токсичных газов. Мультиферроик с ферродолинным упорядочением. Борные сенсоры азотосодержащих загрязнителей.

Наносистемы: физика, химия, математика (2020, Т. 11, № 6)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume11/11-6
Там же можно скачать номер журнала целиком.

С Новым годом!
Дорогие друзья и коллеги!
Поздравляем с наступающим 2021 годом!
Желаем всем хорошего настроения и здоровья, удачи во всем и новых достижений!

Спинтроника и iPod
В.В.Уточникова
В 1988 году Альберт Ферт и Петер Грюнберг независимо друг от друга обнаружили, что электросопротивление композитов, составленных из чередующихся слоев магнитного и немагнитного металла может невероятно сильно меняться при приложении магнитного поля. В течение десятилетия это, казалось бы, эзотерическое наблюдение революционным образом изменило электронную промышленность, позволяя накапливать на жестких дисках все возрастающий объем информации.

ДНК правит компьютером
Бидыло Тимофей Иванович
Наиболее вероятно, что главным революционным отличием процессоров будущего станут объемная (3D) архитектура и наноразмер составляющих, что позволит головокружительно увеличить количество элементов. Сегодня кремниевые технологии приближаются к своему технологическому пределу, и ученые ищут адекватную замену кремниевой логике. Клеточные автоматы, спиновые транзисторы, элементы логики на молекулах, транзисторы на нанотрубках, ДНК-вычисления…

Будущее техники отразилось в идеальном нанозеркале
Кушнир Сергей Евгеньевич
Свыше 99,9% падающего излучения отражает новое зеркало, построенное физиками США. А ведь толщина его составляет всего-то 0,23 микрометра. Специалисты говорят, что новинка способна улучшить параметры многих компьютерных устройств, где применяется лазерная оптика.

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.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!



 
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.