Электрохимическое формирование пространственно-упорядоченных металлических наноструктур в пористых матрицах

• Автор: Напольский, Кирилл Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.21, 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 166 с. : ил.

Оглавление
1. Введение

2. Литературный обзор

2.1. Электрокристаллизация металлов

2.2. Электрохимический темплатный синтез

2.3. Пленки оксида алюминия на поверхности металла

2.3.1. Самоорганизация пористой структуры оксида алюминия

2.3.2. Применение технологии «папо1тргтЬ> для получения бездефектных

пористых структур АЬОз

2.3.3. Применение пленок пористого оксида алюминия

2.4. Магнитные свойства анизотропных наноструктур

2.4.1. Магнитокристаллическая анизотропия
2.4.2. Анизотропия формы
2.4.3. Перемагничивание однодоменных частиц
2.5. Фотонные кристаллы
2.5.1. Коллоидные кристаллы
2.5.2. Инвертированные коллоидные кристаллы
2.6. Элсктрокристаллизация металлов в пористых матрицах
2.6.1. Подготовка матрицы для олектроосаждения
2.6.2. Кинетика заполнения матрицы
2.6.3. Совместимость темплата с используемым электролитом
2.6.4. Типичная морфология наноструктур, получаемых на основе пленок
анодного оксида алюминия и коллоидных кристаллов
2.7. Применение дифракционных методов для анализа структуры пространственноупорядоченных наносистем
2.7.1. Разрешение и когерентность
2.8. Постановка задачи исследования
3. Экспериментальная часть
3.1. Реактивы и материалы
3.2. Общая схема получения пористых матриц с упорядоченной структурой и
нанокомпозитов на их основе
3.3. Синтез пористых пленок оксида алюминия
3.3.1. Подготов ка алюминия
3.3.2. Получение оксидной пленки
3.3.3. Удаление барьерного слоя
3.3.4. Контроль диаметра пор
3.4. Синтез коллоидных кристаллов из полистирольных микросфер
3.4.1. Получение монодисперсных микросфср из полистирола
3.4.2. Подготовка подложек

3.4.3. Получение пленочных образцов фотонных кристаллов на проводящих
подложках
3.5. Электрохимическая ячейка для электрокристаллизации металлов
3.6. Электрокристаллизация металлов в матрице пористого оксида алюминия
3.6.1. Подготовка матриц
3.6.2. Осаждение металлических наноструктур
3.7. Электрокристаллизация металлов в матрице коллоидных кристаллов
3.8. Методы анализа и характеристики материалов
3.8.1. Рентгенофазовый анализ
3.8.2. Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой
3.8.3. Атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой
3.8.4. Растровая электронная микроскопия
3.8.5. Рентгеноспектральный микроанализ
3.8.6. Сканирующая туннельная микроскопия
3.8.7. Просвечивающая электронная микроскопия
3.8.8. Хроноамперо/кулонометрия
3.8.9. Циклическая вольтамперометрия
3.8.10. Вольтамперо/кулонометрия
3.8.11. Стационарные поляризационные кривые
3.8.12. Магнитные измерения
3.8.13. Адсорбционные измерения
3.8.14. Термический анализ
3.8.15. Оптическая спектроскопия
3.8.16. Малоугловое рассеяние поляризованных нейтронов
3.8.17. Ультрамалоугловая дифракция рентгеновского излучения
4. Результаты и их обсуждение
4.1. Пленки анодного оксида алюминия: структура, кинетика и механизм
самоорганизации
4.1.1. Анализ шероховатости поверхности алюминия
4.1.2. Морфология оксидных пленок
4.1.3. Дифракционное исследование структуры пленок анодного оксида алюминия
4.1.4. Малоугловое рассеяние нейтронов на пространственно-упорядоченных наноструктурах: теория
4.1.5. Влияние примесей и микроструктуры алюминия на морфологию оксидных
пленок

4.1.6. Количественный анализ дальнего порядка в пленках пористого оксида алюминия - ультрамалоугловая дифракция рентгеновского излучения
4.1.7. Зависимость структуры пленок оксида алюминия от напряжения анодирования
4.1.8. Дифракционные эксперименты с изменяемой локальностью
4.1.9. /и-5/1к исследование процесса упорядочения
4.1.10. Механизм упорядочения пористой структуры в процессе анодного окисления алюминия
4.2. Нитевидные наноструктуры на основе пористых пленок анодного оксида алюминия
4.2.1. Влияние потенциала осаждения металла на полноту и равномерность
заполнения пористой матрицы
4.2.2. Магнитные свойства! и Со нанонитей
4.2.3. Применение поляризованных нейтронов для изучения магнитных свойств пространственно-упорядоченной системы нанонитей №
4.2.4. Электрокристаллизация слоистых наноструктур в матрице пористого АЬОз
4.2.5. Наноструктуры РЧ на основе пористого АЬОз
4.3. Коллоидные кристаллы
4.3.1. Влияние электрического поля на микроструктуру коллоидных кристаллов
при вертикальном осаждении микросфср на проводящие подложки
4.3.2. Дифракционное исследование структуры коллоидных кристаллов
4.4. Электрокристаллизация металлов в пустотах коллоидных кристаллов
5. Заключение: перспективы электрохимического темплатного синтеза
6. Выводы
7. Список литературы
8. Приложение 1. Условные обозначения синтезированных образцов
9. Приложение 2. Данные термогравиметрического анализа
10. Благодарности

2.5. Фотонные кристаллы
Фотонные кристаллы (ФК) — материалы с пространственно-периодическим изменением диэлектрической проницаемости (что эквивалентно модуляции коэффициента преломления) на масштабах длин волн того или иного вида излучения [66]. Основным свойством ФК является наличие в спектрах их собственных электромагнитных состояний фотонных запрещенных зон (ФЗЗ), возникающих вследствие брэгговского отражения электромагнитных волн на периодическом возмущении профиля диэлектрической проницаемости. Фотонная запрещенная зона - это спектральная область, в пределах которой распространение электромагнитного излучения подавлено во всех (полная ФЗЗ) или в некоторых (стоп-зона) кристаллографических направлениях фотонного кристалла. Часто фотонные кристаллы рассматривают как оптические аналоги полупроводниковых материалов.
Настоящий бум в изучении фотонных кристаллов начался в 1987 году с одновременного выхода двух теоретических работ [67, 68]. Е. Yablonovitch предложил использовать структуры с периодической модуляцией диэлектрической проницаемости для контроля спонтанного излучения [67]. В работе [68] S. John рассмотрел возможность контролируемого введения в периодическую структуру дефектов, которые обусловливают возникновение локализованных фотонных состояний. В настоящее время интерес к фотонным кристаллам, в особенности для видимого и ближнего инфракрасного диапазонов, связан с множеством перспективных практических применений (создание лазеров с низким порогом генерации, светоизлучающих элементов с высоким КПД, а также оптических логических элементов).
Период модуляции диэлектрической проницаемости определяет положение ФЗЗ, которое по порядку величины близко к периоду структуры. В частности, фотонные кристаллы, работающие в видимой области спектра, должны обладать субмикронной периодичностью. Ширина запрещенной зоны главным образом определяется диэлектрическим контрастом материалов, образующих структуру. Чем выше отношение коэффициентов преломления, тем шире запрещенная зона [66].
Различают одномерные (1D), двумерные (2D) и трехмерные (3D) фотонные кристаллы, обладающие периодичностью соответственно в одном, двух и трех направлениях. Полной фотонной запрещенной зоной могут обладать лишь трехмерные фотонные кристаллы, в то время как в спектрах 1D и 2D ФК наблюдаются лишь стоп-зоны [3 ].