Синтез и свойства нитевидных кристаллов SnO2,модифицированных сурьмой

• Автор: Жукова, Анна Александровна
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

ОПЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Фазовая диаграмма трёхкомпонентной системы БЬ-Бп-О

1.2.1. Бп-
1.2.2. БЪ-

1.2.3. Бп-БЬ

1.2.4. Твердый раствор сурьмы в БпОг

1.2.4.1. Границы растворимости сурьмы в БпО:

1.2.4.2. Влияние сурьмы на размер кристаллических зерен БпО?

1.2.4.3. Влияние сурьмы на параметры элементарной ячейки 8пОз

1.2.4.4. Распределение сурьмы в кристаллах БпО
1.3. Влияние сурьмы на электрофизические свойства БпОг
1.4. Получение нитевидных кристаллов
1.4.1. Механизмы роста
1.4.1.1. Механизм пар-кристалл (ПК)
1.4.1.2. Кристаллизация из пара через слой жидкой фазы
1.4.2. Получение нитевидных кристаллов в проточном газовом реакторе
1.4.2.1. Методы синтеза нитевидных кристаллов Бп02 из газовой фазы
1.4.2.2. Синтез нитевидных кристаллов 8п02(8Ь)
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Синтез образцов
2.1.1. Синтез нанокристаллических порошков БпОг и БпОгСБЬ) методом химического осаждения из водных растворов
2.1.2. Синтез нитевидных кристаллов БпСЬ
2.1.3. Синтез нитевидных кристаллов БпСЬСБЬ)
2.1.4. Модифицирование поверхности НК БпОг(БЬ) частицами палладия
2.2. Методы исследования
2.2.1. Реитгенофазовый анализ
2.2.2. Низкотемпературная адсорбция азота
2.2.3. Электронная микроскопия
2.2.4. Лазерная масс-спектрометрия (ЛМС)
2.2.5. Масс-спектрометрия^с индуктивно связанной плазмой (ИСП МС)
2.2.6. Оже-электроиная спектроскопия
2.2.7. ИК-спектроскопия поглощения
2.2.8. Мессбауэровская спектроскопия
2.2.9. Термопрограммируемое восстановление водородом
2.2.10. Термопрограммируемая десорбция аммиака
2.2.11. Исследование электрофизических свойств
2.2.12. Изучение сенсорных свойств
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Влияния условий синтеза на свойства НК БпОг
3.1.1. Влияние скорости потока газа-носителя на фазовый состав и морфологию НК БпОг
3.1.2. Влияние состава газа-носителя на фазовый состав и морфологию НК
3.2. Влияние сурьмы на свойства НК БпОг

3.2.1. Анализ элементного состава
3.2.2. Влияние сурьмы на размер и морфологию НК БпОг
3.2.3. Анализ распределения сурьмы в НК БпСЬ
3.3. Влияние сурьмы на свойства нанокристаллических порошков БпОг
3.3.1. Анализ элементного состава нанокристаллических порошков БпСЪСБЬ)
3.3.2. Влияние сурьмы на размер, морфологию, удельную площадь поверхности и фазовый состав нанокристаллических порошков БпОг
3.3.3. Распределение сурьмы в нанокристаллических порошках БпСЬ
3.4. Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства нитевидных кристаллов и нанокристаллических порошков БпОгСБЬ)
3.4.1. Восстановление водородом
3.4.2. Исследования кислотных свойств
3.5 Влияние сурьмы на электрофизические и оптические свойства НК БпСЬ
3.5.1. Влияние сурьмы на электрофизические свойства НК БпОг
3.5.2. Влияние сурьмы на оптические свойства НК БпОг
3.6. Влияние сурьмы на реакционную способность НК и нанокристаллических порошков БпОг при взаимодействии с газовой фазой
3.6.1. Взаимодействие с кислородом
3.6.1.1. Взаимодействие НК Бп02 с кислородом
3.6.1.2. Взаимодействие нанокристаллических порошков 8пОг(8Ь) с кислородом
3.6.2. Взаимодействие нитевидных кристаллов БпОгСБЬ) с парами воды
3.6.3. Взаимодействие нитевидных кристаллов БпОгСБЬ) с аммиаком
3.6.4. Взаимодействие с диоксидом азота
3.6.4.1. Взаимодействие нитевидных кристаллов 8пС>2 с диоксидом азота
3.6.4.2. Взаимодействие нитевидных кристаллов 8н02(8Ь) с диоксидом азота
3.6.4.3. Взаимодействие нанокристаллических порошков 8пС>2(8Ь) с диоксидом азота
3.6.5. Взаимодействие нитевидных кристаллов БпС^БЬ) с моноксидом углерода
3.7. Свойства НК БпС^БЬ), модифицированных палладием
3.7.1. Морфология частиц палладия на поверхности НК БпОгСБЬ)
3.7.2. Сенсорные свойства НК БпСЬСБЬ), модифицированных палладием, по отношению к моноксиду углерода
4. ВЫВОДЫ
5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Нитевидные (квази-одномерные, Ш) кристаллы полупроводников (трубки, ленты, нити, волокна) интересны в настоящее время как для фундаментальных исследований, так и в связи с их применением в качестве активных элементов микро- и нанооптоэлектронных преобразователей: лазеров, фотоприемников, солнечных батарей и химических сенсоров [1-5]. Современное состояние микроэлектронной техники позволяет использовать стандартный микроэлектронный чип с характерными размерами между платиновыми электродами 2-5 мкм для исследования единичных Ш кристаллов. Высокие термическая стабильность и механическая прочность сочетаются в монокристаллических нитевидных кристаллах (НК) с высокой подвижностью носителей заряда и высоким квантовым выходом фотохимических процессов, что позволяет использовать их для создания полевых транзисторов и фотокатализаторов. Наибольший прогресс достигнут в разработке и применении Ш кристаллов оксидных полупроводников для химических сенсоров.
При создании сенсоров нитевидные кристаллы имеют ряд’ преимуществ по сравнению с тонкими и толстыми пленками полупроводниковых оксидов металлов:
1. Нитевидные кристаллы значительно превышают толстые и тонкие пленки по своим механическим свойствам и термической стабильности.
2. Дебаевская длина экранирования Ьд = (сеокТ/е2п)1й для большинства нитевидных кристаллов сравнима с их радиусом. Таким образом, их электронные свойства контролируются процессами на поверхности кристаллов.
3. Среднее время диффузии носителей заряда, образовавшихся при облучении Ш кристаллов УФ-светом, на поверхность нитевидных кристаллов (~10'12-10''° с) на несколько порядков меньше времени их рекомбинации (~10*9-10'8 с). Это повышает время жизни неравновесных носителей и приводит к тому, что дырки и электроны мигрируют на поверхность квазиодномерных структур и принимают участие в реакциях, происходящих на поверхности кристаллов.
4. На основе химически модифицированных Ш кристаллов могут быть созданы принципиально новые миниатюрные приборы типа «электронный нос».

1.4.2. Получение нитевидных кристаллов в проточном газовом реакторе
Наиболее часто применяется методика получения нитевидных кристаллов и других
квазиодномерных наноструктур путем испарения вещества в инертной атмосфере и. осаждения на подложках из различных материалов. Обычно синтез проводится в вакуумированном горизонтальном проточном газовом реакторе (рис. 16).
Аг Аг
Рис. 16. Схема установки для выращивания оксидных наноструктур: 1-нагреватель, 2-керамнческая труба, 3-термопара, 4-тнгель с исходным веществом, 5-подложки для роста НК [6].
Этот метод впервые был предложен Вангом и его группой в 2001 году [6]. Ими были получены нитевидные и лентообразные кристаллы ZnO, БпОг, 1П2О3, Сс10.
Порошок оксида металла в лодочке из оксида алюминия помещают в высокотемпературную зону. Г аз-носитель переносит пары вещества на подложки, которые находятся в зоне с меньшей температурой. Основными параметрами синтеза являются:
1) температура «горячей зоны» Тнс„, при которой происходит испарение исходного вещества;
2) температура конденсации;
3) материал подложек;
4) остаточное давление в реакторе;
5) состав газа-носителя;
6) скорость потока газа-носителя;
7) длительность синтеза.
Выбор температуры испарения Тисп исходного вещества, главным образом, зависит от его летучести. Обычно Тисп немного меньше температуры плавления вещества. Пары исходного вещества можно также получить с помощью лазерного облучения. В этом случае в газовом реакторе делают окно, которое позволяет облучению воздействовать на