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

 

Х-вирус картофеля
Х-вирус картофеля

Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в конференции “ГРАФЕН: МОЛЕКУЛА И 2D КРИСТАЛЛ”
Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в конференции “ГРАФЕН: МОЛЕКУЛА И 2D КРИСТАЛЛ” 5-9 августа 2019 года в Новосибирске

I МОСКОВСКАЯ ОСЕННЯЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ПЕРОВСКИТНОЙ ФОТОВОЛЬТАИКЕ
14-15 октября 2019 года состоится школа - конференция молодых ученых - I Московская осенняя международная конференция по перовскитной фотовольтаике (Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference – MAPPIC-2019).

Золото России на Международной Химической Олимпиаде
30 июля в Париже завершилась 51-я Международная химическая олимпиада. Она была рекордной по числу участников - 309 школьников из более, чем 80 стран. Олимпиада прошла под девизом "Двигаем науку вместе" ("Make the science together"). Сборная России на олимпиаде завоевала 4 золотые медали и в медальном зачете поделила 1-2 место с командой Кореи. Победителями стали Михаил Матвеев (Вологда) и три москвича - Даниил Бардонов, Алексей Шишкин и Никита Чернов.

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

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!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
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.