Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов используют в оптической электронике (они могут служить оптически- ми затворами из-за нелинейной прозрачности). Пленки с внедренны- ми кластерами магнитных материалов (Fe, Co, Ni) являются магнитны- ми наноструктурами и подобны магнитным материалам, но размеры магнитных кластеров в несколько раз меньше обычных магнитных доменов, поэтому для них уменьшается магнитное поле насыщения. Метод химической сборки (ХC) и его разновидности — ме- тод молекулярного наслаивания (МН), атомно-слоевая эпитаксия (АСЭ) — основаны на образовании поверхностных химических сое- динений при хемосорбции компонентов из газовой фазы. Благодаря возможности реализовать практически монослойную хемосорбцию компонентов, формирование кристаллических структур происходит по слоевому механизму, т. е. без образования трехмерных зароды- шей. Это позволяет получать сплошные пленки при толщинах в не- сколько монослоев вещества (менее 1 нм). Синтез твердых веществ осуществляется путем химической сборки структурных единиц на со- ответствующих матрицах. Проводя по определенной программе ряд поверхностных реакций бифункциональных молекул веществ, уда- ется монослой за монослоем осуществлять химическую сборку твер- дых веществ. Впервые воспроизводимый матричный синтез высоко- молекулярных веществ осуществлен в 1962 г. Р. Меррифилдом, а затем В. Б. Алесковским с сотрудниками (1965). Сущность метода заключает- ся в последовательном нанесении на поверхность подходящей подлож- ки (матрицы) ряда монослоев заданного состава посредством необ- ратимой химической сорбции соответствующих молекул. Последние реагируют только с подложкой, но не между собой, и, входя в состав подложки, образуют с нижележащим монослоем те или иные струк- турные единицы. В конце синтеза подложка удаляется химическим или механическим способом. Получение пленок из растворов золь-гель методом — техноло- гия материалов, включающая получение золя с последующим перево- дом его в гель. Золь — высокодисперсная коллоидная система с жид- кой (лиозоль) или газообразной (аэрозоль) дисперсионной средой, в объеме которой распределена другая (дисперсная) фаза в виде мел- ких твердых частиц, капелек жидкости или пузырьков газа. Золи зани- мают промежуточное положение между истинными растворами и гру- бодисперсными системами. Размеры дисперсных частиц золя лежат 93 2.3. осаждение и напыление на подложку в пределе от 1 до 100 нм, вследствие чего золи прозрачны на просвет. В золях частицы дисперсной фазы не связаны в пространственную структуру. Золи разделяют на коллоидные (colloidal) и полимерные (polymeric). При этом к коллоидным золям (золям из макрочастиц) принято относить золи, в которых твердая дисперсная фаза образо- вана частицами, а к полимерным — золи, сформированные на осно- ве разветвленных макромолекул. Механизмы гелеобразования кол- лоидных и полимерных золей различны. гель — система, которая состоит из жидкой дисперсионной сре- ды, заключенной в пространственную сетку, образованную соединив- шимися частицами дисперсной фазы. Он представляет собой студе- нистое тело, способное сохранять форму и обладающее упругостью и эластичностью. Дать определение геля исходя из типа химических связей и взаимодействий не представляется возможным, поскольку в зависимости от типа золя в золь-гель системе происходят совершен- но разные химические и физические процессы. Для полимерных гелей характерно наличие ковалентных связей между молекулами и фраг- ментами молекул, образующих гигантский кластер. Коллоидные гели создаются, как правило, за счет вандерваальсовых сил притяжения между агрегатами. При этом в коллоидных системах эти связи могут быть обратимыми, т. е. могут разрушаться в процессе встряхивания, а затем восстанавливаться. В полимерных системах ковалентные свя- зи являются постоянно действующими. Гель из полимерного золя образуется в процессе полимеризации мономеров и полимеров, находящихся в золе. Постепенно из полиме- ризующихся разветвленных олигомеров образуется гигантский кла- стер. Когда этот кластер достигнет макроскопических размеров и рас- пространится на весь объем золя, говорят, что произошел переход золя в гель. При этом гель будет состоять, с одной стороны, из непрерывной структурной сетки — твердого скелета (остова), а с другой — из непре- рывной жидкой фазы. Гель из коллоидного золя образуется по друго- му механизму. Частицы дисперсной фазы (мицеллы) под воздействи- ем дисперсионных сил притяжения взаимодействуют друг с другом, образуя остов неорганического полимера. Согласно современным представлениям, формирование геля начи- нается с образования фрактальной структуры золя, роста фракталь- ных агрегатов до таких размеров, пока они не начнут контактировать |