Ядерный магнитный резонанс в гидратных слоях пористых кристаллов

• Автор: Мамыкин, Александр Иванович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 264 с. : ил

Оглавление
Введение
Глава 1.
ПОРИСТЫЕ. КРИСТАЛЛЫ
1 Л.Структура и механизмы формирования пористых кристаллов
1.2.Модели формирования пористых кристаллов
1.3.Адсорбционные свойства и морфология пористых кристаллов
кремния
1.4.ИК спектроскопия протоннодонорных молекулярных трупп на
поверхности пористых кристаллов кремния
1.5.ЯМР 2981 поверхностных групп в пористом кремнии
Выводы
Глава
СТРУКТУРА И ДИНАМИКА ВОДОРОДНЫХ СВЯЗЕЙ В
ГИДРАТИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ
2.1.Структуры аквакомплексов в гидратированных системах
2.2.Классификация типов координации воды в поверхностных
аквакомплексах
2.3.Дефекты структуры в ассоциированных аквакомплексах
2.4.Формирование поверхностных координационно насыщенных
аквакомплексов
2.5.ЯМР протонов в гидратированных веществах
2.6.Дишмическггс эффекты в гидратированных стру ктурах М
Выводы
Глава
ЯДЕРНЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС В ГИДРАТНЬТХ СЛОЯХ
ПОРИСТЫХ КРИСТАЛЛОВ /т-КРЕМНИЯ
3.1.Информативные возможности ЯАТР в исследовании пористых
кристаллов с тонкой наноразмерной структурой
3.2.Аппаратура и методика *Н ЯМР широких линий в исследовании
пористых кристаллов
3.2.1..Аппаратурная реализация наблюденш ЯМР в гидратных слоях
пористых кристаллов и структура исследуемых образцов
3.2.2.Методика нутационного резонанса в исследовании пористых
гидратированных объектов
3.2.3.Разрешение перекрывающихся многокомпонентных спектров
ЯМР в пористых гидратированных кристаллах

3.3.Структура спектра ЯМР в гидратных слоях пористых кристаллов
кремшм
3.4.Исследование динамики насыщения адсорбционной емкости и
оценка относительной поверхности тонкой структуры в пористых
кристаллах кремния
3.5.Изотерма интенсивности спектральной линии ЯМР в гндратном
слое пористого кристалла кремния
3.6.Развитие и деградация тонкой структуры пористых кристаллов
3.6.1.Метод !Н ЯМР в исследовании тонкой структуры пористых
кристаллов

3.6.2. Исследование тонкой структуры пористого слоя методом
рентгеноспектрального микроанализа
3.7.ЯМР динамически координированного гидратного монослоя в
пористых кристаллах кремния
3.8.ЯМР координационно насыщенного гидратного монослоя в
пористых кристаллах кремния
3.9.Проявление в спектре ЯМР динамической гетерогенности вблизи
границ координационно насыщенных кластеров
Выводы
Глава
СТРУКТУРНЫЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФОРМИРОВАНИЯ
ГЕТЕРОГЕННОГО ГИДРАТНОГО МОНОСЛОЯ НА ПОВЕРХНОСТИ
ПОРИСТЫХ КРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ
4.1.Координация сорбированных молекул воды протоннодонорнымн
центрами поверхности пористого кремния
4.2.Магнитная диполь-дипольная релаксация протонов сорбированной
воды в монослое динамически координированной адсорбции

4.3.Уравнение изотермы интенсивности спектральной линю-1 ЯМР для
динамически координированной адсорбции на поверхности
пористых кристаллов кремния
4.4.Конденсация воды в наноразмерных капиллярах пористого
кристалла
4.5.Форма линии 'Н ЯМР в объеме наноразмерных капилляров тонкой
структуры
4.6.Формирование координационно насыщенного адсорбционного слоя
на гидратированной поверхности пористого кремния
Выводы
Г лава
ФРАКТАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ГЕТЕРОГЕННЫХ СТРУКТУР В
ПОРИСТЫХ КРИСТАЛЛАХ
5.1.Фрактальные свойства динамических систем
5.2.Фрактальные формы и фрактальные размерности
5.3.Моделирование фрактальных структур
5.3.1. Случайные блуждаю ш
5.3.2. Перко ляционные кластеры
5.3.3. Фрактальные агрегаты
5.4.Электростатическая модель формирования пористого кристалла с
тонкой структурой наноразмерных пор
5.5. Диффузия сорбированных частиц к фрактальной границе
координационно насыщенного кластера
5.6.Роль наноразмерных пор в формировании фрактальных кластеров
координационно насыщенного монослоя
Выводы
Заключение
Литература
Введение
Актуальность темы диссертации. Одним из перспективных и наиболее динамично развивающихся направлений в области современных критических технологий является физика и технология микро- и наносистем. Среди последних особое место занимают пористые полупроводниковые материалы, демонстрирующие квантоворазмерные эффекты. Исследования, проводимые в данной области, имеют большой научный и практический интерес в связи с возможностью реализации принципиально новых приборов наноэлектроники и открывающейся перспективой прогрессивных технических решений в создании высокочувствительных, селективных полупроводниковых сенсоров для биотехнологии и систем экологического контроля и безопасности. Особый интерес и практическую значимость представляют развивающиеся в последнее время исследования полупроводниковых кластеров в пористых кристаллах выделяемых сейчас в основу нового класса функциональных материалов.
В настоящее время основная активность исследований пористых кристаллических материалов прослеживается на следующих направлениях:
• развитие материаловедческой базы пористых полупроводниковых микро- и наносистем со сверхразвитой поверхностью, обладающих адсорбционной селективностью, в том числе систем с пониженной

щего воздуха. Для свежеприготовленного пористого кремния такие изотермы не получаются, так как свежий слой гидрофобен, а группы вИг, покрывающие поверхность, имеют малую энергию. Модификация поверхности после отжига при 573 К, в результате которого на поверхности образуются оксиды кремния, увеличивает гидрофиль-ность слоя, поскольку энергия взаимодействия между 8Ю2 и воздухом больше энергий взаимодействий вода - воздух и 8Ю2 - вода. Поэтому смачивание поверхности 8Ю2 приводит к уменьшению общего поверхностного натяжения, т.е. уменьшению поверхностной свободной энергии.
На изотерме наблюдается также адсорбционный гистерезис, обычно ассоциируемый с пористыми материалами, который выражается в резком подъеме сигнала в диапазоне влажности 60 - 80%. Это же явление отмечено и в наших работах [96, 97], где изотермы адсорбции строились по интенсивности сигналов протонного ЯМР на образцах, полученных в сходных условиях.
В работе [24] капиллярная конденсация ассоциируется с радиусами пор 2.1, 3.0 и 4.8 нм, что более или менее соответствует данным большинства работ по распределению пор в образцах пористого кремния. Из результатов [24] следует, что в образцах, полученных при разной плотности анодного тока, имеет место следующее распределение пор по размерам: при токе 10 мА/см2 поры распределяются в диапазоне 1.8 - 2.8 нм (максимум распределения при 2,4 нм и пористость 36%); при токе 80 мА/см2 - в диапазоне 2,5 - 4,4 нм (максимум распределения при 3,9 нм и пористость 47%); при токе 240 мА см распределение пор по размерам соответствует участку 3,2 - 6,4 нм (с максимумом при 4,4 нм и пористостью 69%).