Оптические характеристики полимерных композиционных материалов с квантовыми точками для фотоэлектрических преобразователей и оптоэлектронных устройств хранения данных

• Автор: Кульбацкий, Дмитрий Михайлович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 195 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛИ С ПОЛИМЕРНЬГМИ Н АИОКОМПОЗИТ АМ И.

1.1 Особенности применения нанокомпозитов в оптоэлектронике

1.2 Особенности строения и перспективы применения полимеров в качестве стабилизирующей матрицы.

1.3 Основы взаимодействия оптического излучения с полимерными нанокомпозитами

1.4 Теория взаимодействия ЭМ излучения со случайно неоднородной ггической средой

1.5 Теория переноса ЭМ излучения.

1.6. Выводы
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ С КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ

2.1. Описание полимеров используемых в качестве стабилизирующих матриц.

2.2. Синтез полимерных порошковых композиций на основе стабилизации наночастиц переходных металлов, их оксидов и сульфидов в объеме ПЭВД и на поверхности УПТФЭ.
2.3. Методы исследования синтезированных композитов
2.4. Технологические методы создания пленочных образцов с объемной стабилизацией наночастиц в матрице.
2.5. Экспериментальная установка и ме тод измерения оптических характеристик полимерных нанокомпозитов
2.6. Выводы
3.1. Железо содержащие наиокомпозиты объемно стабилизированные в матрице ПЭВД.
3.2. Никель содержащие наиокомпозиты объемно стабилизированные в МАТРИЦЕ ПЭВД
3.3. Серебро содержащие наиокомпозиты объемно стабилизированные в
МАТРИЦЕ ММА1
3.4. Выводы.
ГЛАВА 4. ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ В ВИДИМОЙ И БЛИЖНЕЙ ОБЛАСТИ ИКОБЛАСТИ СПЕКТРА, ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ ПА ОСНОВЕ НАНОЧАСТИЦ СУЛЬФИДА КАДМИЯ И ЦИНКА.
4.1. Наночастицы сульфида кадмия в объеме матрице ПЭВД
4.2. Наночастицы сульфида кадмия на поверхности УТФЭ
4.4. Выводы.
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ОПТИЧЕСКИХ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ.
5.1. Просветляющие пленочные структуры на основе наночастиц
СЕРЕБРА В МАТРИЦЕ ГТММА ДЛЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ.
5.2. ОПТИКОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ПАМЯТИ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕИЯ С КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ.
5.3. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЦИТИРУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ.
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ ДУ добавленияудвоения
ИК инфракрасная область спектра
КТ квантовая точка
КФЭП край фундаментального электронного поглощения
КПД коэффициент полезного действия
МСС металлсодержащие соединения масс. массовых
ПЭНД полиэтилен низкого давления
ПЭВД полиэтилен высокого давления
ПММА полиметилметакрилат
ПЭМ просвечивающая электронная микроскопия
РФА рентгенофазовый анализ
УПТФЭ ультрадисперсный политетрафторэтилен
УФ ультрафиолетовая область спектра
ЭМ электромагнитное iv i.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Основными достоинствами полимеров являются низкая стоимость, сравнительная простота, высокая производительность, малая энергоемкость методов получения и переработки, невысокая плотность, высокая стойкость к агрессивным средам и ударным нагрузкам, низкая теплопроводность, высокие оптические, радио и электротехнические свойства 8. Из этого следует, что полимеры представляют собой естественные низкоразмерные системы, достаточно технологические и относительно недорогие по сравнению с искусственно приготовленными неорганическими структурами, которые могут являться инертными матрицами для стабилизации наночастиц, и придания последним требуемой пространственной структуры. По выше сказанным причинам, полимерные нанокомпозиты могут рассматриваться как перспективные материалы для создания современных оптических приборов, обладающих малой себестоимость при их массовом производстве. Квантоворазмерные эффекты, для нанообъектов размеры которых сопоставимы с длиной волны де Бройля электрона. Из квантовой механики известно, что электрону с импульсом р соответствует волна с длинной , называемой длиной волны де Бройля. Лэл г М
где Ь постоянная Планка р импульс электрона ш эффективная масса электрона V скорость электрона. В любом явлении переноса электрический ток, теплопроводность и т. Ьг. V скорость электрона тс время релаксации. При размере наночастицы намного больше длины свободного пробега Я Ьг рассеяние или захват и гибель носителей происходит в объеме самой наночастицы. При Я Ь ситуация радикально меняется, и все характеристики переноса начинают сильно зависеть от размеров и концентрации наночастиц . Так если расстояние между соседними квантовыми точками становится меньше длины волны движущегося в электрическом поле электрона, то становится возможным туннелирование носителей из квантовой точки в ближайшую. Данный эффект сопровождается экспоненциальным увеличением тока через нанокомпозит. Отметим, что при комнатной температуре во многих типичных полупроводниках значения длины свободного пробега Ьг составляют нм, а характерная длина волны де Бройля при этой температуре нм. В металлах с хорошей проводимостью 0 нм, а длина волны де Бройля порядка межатомного расстояния, Хэл Знм , . Таким образом, ситуация, когда можно пренебречь квантоворазмерными эффектами и необходимо учитывать классические размерные эффекты, т. Хзп И Ьг, реализуется . Поверхностные эффекты на границе наночастица стабилизирующая матрица так называемая граница БергманаМилтона и связанные с этим появление новых электронных и фотонных состояний. Так, например, доля атомов а, находящихся в тонком приповерхностном слое наночастицы 1 нм, растет с уменьшением с размера , поскольку а V 1 здесь площадь поверхности частички, V ее объем. Также общеизвестно, что атомы, находящиеся на поверхности, обладают свойствами, отличающимися от атомов в объеме основного материала, так как они связаны с окружающими их атомами поиному. В результате на поверхности образуется другой порядок расположения атомов, находящихся на краях моноатомных террас, уступов и впадин на них, где координационные числа значительно ниже, чем в объеме, возникают особые условия. Взаимодействие электронов со свободной поверхностью приводит к появлению специфических приповерхностных состояний. Это дает основание рассматривать приповерхностный слой материала как новое структурное образование. В связи с этим во многих задачах особенно в химии наночастицами считаются такие, у которых доля поверхностных атомов превышает а 0. Тогда для частиц разных форм, соответствующий характерный размер будет составлять десятки нанометров рисунок 1 . На рисунке 1. При этом средний размер наночастицы и доля атомов, находящихся в поверхностном слое зависит от формы наночастицы. Штриховой линией показана условная граница области наночастиц, за которой доля поверхностных атомов падает ниже нескольких процентов. I . Рис. Локальные поля в нанокомпозитной среде, которые определяются размерами, формой и упорядоченностью нанообъектов. Большая часть нелинейнооптических взаимодействий в нанокомпозитных материалах связаны с эффектами локального усиления поля и с возможностью перестройки эффективного показателя преломления материала путем изменения диэлектрических свойств, содержания и размеров наночастиц, образующих наноструктуру .