Формирование и исследование свойств нитевидных нанокристаллов в матрице пористого анодного оксида алюминия

• Автор: Белов, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

1 Современные представления о физических свойствах и технологиях наноматериалов

1.1 Нанотехнология и перспективы се развития

1.2 Современные методы получения нитевидных нанокристаллов методами самоорганизации

1.2.1 Получение нитевидных нанокристаллов из газовой фазы методом

1.2.2 Получение нитевидных нанокристаллов с участием оксида.

1.2.3 Получение нитевидных нанокристаллов из газовой фазы по

схеме Газ твердое тело

1.2.4 Карбонотермические реакции

1.2.5 Рост нитевидных нанокристаллов из растворов ЗЬБ БоШйоп

Нци1с1эоП

1.2.6 Нитевидные нанокристаллы полученные методами самоорганизации.

1.3 Получение массивов нитевидных нанокристаллов с использованием пористых матриц
1.3.1 Зольгель метод.
1.3.2 Метод химического осаждения из водных растворов.
1.3.3 Электрохимическое осаждение.
1.4 Сравнительным анализ нанопористых материалов
1.4.1 Пористый кремний
1.4.2 Трековые мембраны
1.4.3 Синтетические наноструктурированные опалы.
1.4.4 Пористые стекла.
1.4.5 Пористый анодный оксид алюминия.
1.5 Свойства нанокристаллов
1.5.1 Термодинамические свойства нанокристаллов.
1.5.2 Оптические свойства нанокристаллов
1.6 Выводы и постановка задачи на диссертационную работу
2 Техника эксперимента и особенности его проведения.
2.1 Методика изготовления слоев пористого анодного оксида
алюминия
2.1.2 Подготовка поверхности алюминия.
2.1.2.Формирование пористого оксида алюминия
2.2 Технология электрохимического осаждения металлов в поры анодного оксида алюминия
2.3 Методика сульфдизации и селешпацнн металлических нанокристаллов.
2.4 Методы исследования свойств металлических и полупроводниковых нанокристаллов встроенных в матрицу пористого анодного оксида алюминия.
2.4.1 Исследование геометрии полученных наноструктур методами
атомносиловой микроскопии.
2.4.2 Исследование фазовых переходов в массивах металлических нанокристаллов методом дифференциальной сканирующей калориметрии.
2.4.3 Исследование оптического поглощения нанострукгурами методом сиектрофотометрии
3 Разработка технологии формирования упорядоченных массивов металлических и полупроводниковых нитевидных нано кристаллов
3.1 Особенности технологии формирования упорядоченной
Ф матрицы пористого анодного оксида алюминия.
3.1.1 Механизм формирования и структура слоев пористого анодного
оксида алюминия
3.1.2 Анализ зависимости свойств пористого анодного оксида алюминия от условий его формирования.
3.1.3 Исследование кинетики процесса формирования пористого анодного оксида алюминия в гальваностатическом и потенциостатическом режимах
3.1.4 Исследование кинетики процесса формирования пористого анодного оксида алюминия в режиме термической стабилизации.
3.1.5 Методика формирования пористого анодного оксида алюминия, учитывающая взаимосвязь технологических параметров процесса
3.1.6 Исследование влияния технологических факторов процесса анодного окисления алюминия на степень упорядоченности структур пористого анодного оксида алюминия.
3.2 Технология электрохимического осаждения металлов в матрицу пористого анодного оксида алюминия.
3.2.1 Особенности технологии осаждения металлов в матрицу пористого анодного оксида алюминия в режиме постоянного тока.
3.2.2 Переходные процессы в системе алюмипийпористый оксид алюмииияэлсктролит
3.2.3 Исследование структуры и состава нитевидных нанокристаллов, осажденных в матрицу пористого анодного оксида алюминия в режиме переменного тока
3.3 Получение полупроводниковых нанокристаллов
сульфидизацнсн и ссленизацией металлов.
3.4 Выводы по главе
4 Исследование термодинамических и физических свойств нитевидных нанокристаллов.
4.1 Исследование температуры плавления нитевидных нанокристаллов иидия, кадмия и цинка встроенных в матрицу пористого анодного оксида алюминия
4.2 Исследование оптических свойств нитевидных нанокристаллов серебра встроенных в матрицу пористого анодного оксида алюминия
4.3 Выводы по главе
5.1 Области применения разработанных технологии при создании элементов микро и наноэлектроники
5.1 Рекомендации по использованию разработанных в работе методик анализа и управления электрохимическими процессами.
5.2 Особенности конструктивного исполнения диффузионной печи для сульфидизации и селеиизации встроенных в нанопорнстые матрицы металлических нанокристаллов.
5.3 Рекомендации по использованию массивов металлических нанокристаллов, встроенных в матрицу пористого анодного оксида алюминия, в качестве фотонных кристаллов
5.4 Твердые маски на основе оксида алюминия для обеспечения нелитографического метода формирования поверхностных периодических нанострукту р
5.5 Калибровочные структуры для оценки качества мнкромеханических зондов атомных силовых микроскопов.
5.6 Выводы по главе
Заключение.
Список использованных источников


В первом разделе рассмотрено современное состояние вопроса о технологиях формирования и свойствах нанокристаплических материалов. Рассмотрены основные нелитографические методы создания нанокристаллов. Показано что нанокристаллы обладают рядом качественно новых физических свойств, представляющих интерес как для развития фундаментальных представлений, так и для создания на их основе элементов наноэлектроники, наномеханики, оптоэлектроники. Проведен анализ основных существующих проблем и сформулированы основные решаемые в работе задачи. Второй раздел посвящен технике проводимых в работе экспериментов и особенностях их реализации. В частности приведены сведения о методике и оборудовании для формирования металлических и полупроводниковых нитевидных нанокристаллов в порах анодного оксида алюминия. Также рассмотрены методы исследования полученных структур. В третьем разделе приведены сведения о результатах разработанной технологии формирования слоев пористого оксида алюминия с упорядоченной структурой, об особенностях электрохимического осаждения металлов в его поры в режиме подачи несимметричных импульсов напряжения, а также о методе преобразования полученных металлических нанокристаллов в полупроводниковые. Четвертый раздел посвящен исследованию термодинамических и оптических свойств металлических нитевидных нанокристаллов, встроенных в матрицу пористого оксида алюминия. Приведены данные исследования зависимостей температуры плавления и края пропускания этих структур от диаметра нанокристаллов. В пятом разделе изложены соображения по практической реализации ряда результатов диссертационной работы. Продемонстрированы возможности применения полученных в работе упорядоченных слоев пористого оксида алюминия в качестве твердых масок для плазмохимического травления, а также в роли калибровочных структур для сканирующей зондовой микроскопии. В приложении приведены акты о внедрении и использовании результатов диссертационной работы, а также дипломы лауреата и письма, характеризующие участие автора в научных конференциях и семинарах. Термин нанотехнология за последние десять с небольшим лег превратился из красивого лозунга, реальность которого подвергали сомнению, в широкое направление, открывающее перспективу качественного преобразования средств и орудий производства человечества. Ведущие исследовательские центры мира при значительной финансовой поддержке правительств и частных компаний превратили в реальность идею создания препаратов, приборов и устройств, построенных из счетного числа атомов и молекул. Нанотехнология очень широкая, не имеющая четких границ область. В самом широком смысле этот термин означает, что нанотехнология имеет дело с наноструктурами с физическими размерами менее 0 нм. В разных областях науки и техники перед нанотехнологией стоят различные задачи и цели, степень решения которых находится на разном уровне реализации. Так современные интегральные схемы уже сегодня содержат элементы наномстрового масштаба. Наноматсриалы это твердофазные системы, которые складываются из составляющих размерами от 1 до 0 нм, представляющих собой химически индивидуальные вещества, способные к самостоятельному существованию, будучи изолированными от других частей системы. Наноматериалы лежат в основе создания и функционирования наноприборов. В силу малых размеров межфазные границы определяют свойства наноматериалов, которые существенно отличаются от свойств объемных кристаллов. Нанокристаплические материалы широко встречаются в природе. Нанокристаплические образования были обнаружены в образцах лунного грунта, многие природные катализаторы состоят из нанокристаллов и т. Наноструктурированныс материалы обладают высокой прочностью и твердостью, характеризуются рядом полезных химических и физических свойств, которые непосредственно зависят от размеров и формы нанокристаллов. Поэтому синтез и управление размерами нанокристаллов представляют большой интерес как в области фундаментальных исследований, так и для создания новых материалов и приборов.