Введение к работе
Актуальность работы. Новый этап развишя в современной индус г-рии радиоэлектроники и компьютерных технологий связан с миниатюризацией функциональных элементов интегральных схем, поиском новых видов носителей информации и т п Особое место занимают материалы, содержащие наноразмерные частицы металлов и полупроводников, в гом числе оксидов, сульфидов и др.
Такие материалы по характерному электронно-энергетическому строению характеризуются как материалы на основе «квантовых точек» Важно, что значительное количество существующих на сегодняшний день экспериментальных и теоретических работ по «квантовым ючкам» еще далеки от полного понимания механизма электронных взаимодействий в наночастицах и природы их свойств
Сульфиды кадмия и цинка как полупроводники р-типа широко используются в электронике, в частности являются активной средой в полупроводниковых лазерах, материалом для изютовления фотоэлементов, солнечных батарей, фото- и светодиодов Металлические кобальт и никель представляют собой ферромагнитные материалы Разработки методов получения наночастиц данного состава представляются интересными и важными, т к в отличие от массивных (блочных) веществ, свойства которых исследованы достаточно хорошо, свойства наночастиц сульфидов кадмия, цинка и металлических никеля и кобальта остаются малоизученными.
Среди многообразия методов получения наноматериалов наибольший интерес представляет метод стабилизации наночастиц в объеме и на поверхности микрогранул матриц карбоцепных полимеров.
Значительное внимание исследователей было обращено к исследованию наночастиц, стабилизированных в растворах. Стабилизация наночастиц в полимерных матрицах позволяет использовать целый ряд преимуществ таких полимеров, а именно наличие в промышленности хорошо разработанных технологий переработки полимерных материалов в изделия практически любой формы.
В связи с этим целью рабогы является синтез и разработка методики синтеза наноматериалов на основе композиций полимеров и наночастиц соединений d - металлов, исследование состава, структуры и размера частиц, их люминесцентных и магнитных свойств.
Поставленная цель достигалась решением следующих задач
-
Разработать методику получения наночастиц оксидов и сульфидов d-металлов в полимерных матрицах
-
Экспериментально показать возможности метода в варьировании количества, среднего размера и структуры наночастиц
-
Доказать, что в полученном материале действительно содержатся наночастицы, определить их размеры, состав и строение
4) Исследовать магнитные, люминесцентные характеристики синтезированных наноматериалов Научная новизна
-
Впервые разработана методика синтеза нанокомпозиционного материала на основе наночастиц сульфида кадмия и сульфида цинка, внедренных в объем полиэтиленовой матрицы (ПЭВД) и на поверхности ультрадисперсною политетрафторэтилена (УПТФЭ) методом термического разложения комплексного прекурсора с координацией Me - S, где Me ~ Cd, Zn.
-
Показано, что разработанная методика позволяет управлять размером получаемых наночастиц путем изменения концентрации последних, и на размер частиц влияет матрица, с помощью которой частицы стабилизируются
-
Доказано, что структура образующихся наночастиц зависит от природы исходных соединений и не зависит от концентрации наночастиц и типа полимерной матрицы
-
Показано, что люминесценция наноматериала, содержащего сульфиды (Cd, Zn), зависит от концентрации и среднего размера наночастиц сульфидов.
-
Впервые получены наночастицы металлических наночастиц Со и Ni в матрице ПЭВД восстановлением наночастиц оксидов Ni и Со непосредственно в полимерной матрице (ПЭВД)
-
Доказано, что средним размером наночастиц металлов Ni, Со можно управлять с помощью концентрации компонентов Исследована зависимость магнитной восприимчивое га наночастиц Со и Ni и их оксидов от концентрации.
Практическая значимость данной работы состоит в получении новых нанокомпозитных материалов на основе полупроводниковых сульфидов и оксидов меіаллов, а также карбоцепных полимеров (полиэтилена высокого давления и политетрафторэгалена) Использование простой и недорогой технологии позволяет получать нанокомпозиты с уникальными магнитными и оптическими свойствами
-
Полимерные композиты, содержащие наночастицы полупроводниковых соединений, могут быть использованы в качестве компонентов оптических фильтров
-
Пленочные покрытия на основе разработанных композиционных материалов, содержащих наночастицы оксидов металлов, могут найти применение в качестве поглощающих покрытий внутренних стенок СВЧ резонаторов, рабочих сред одноэлектронных и туннельных диодов и транзисторов.
-
Полимерные композиты на основе карбоцепных полимеров и наночастиц сульфидов и оксидов d - металлов могут быть использованы в качестве сенсоров (датчиков температуры и влажности).
-
Наноразмерные частицы металлов, стабилизированные на поверхности ультрадисперсного политетрафторэтилена, могут быть использованы в качестве эффективных катализаторов в органическом синтезе.
-
Металлсодержащие нанокомпозиты могут найти применение в качестве среды для записи сверхплотной информации
На защиту выносятся следующие результаты и положения*
-
Методика получения полимерных композиционных материалов, содержащих наночастицы сульфидов кадмия и цинка в матрице карбоцеп-ных полимеров (ПЭВД и УГГГФЭ), заключающаяся в том, что синтез на-норазмерных частиц сульфидов происходит при термическом разложении прекурсора - тиокарбамидного комплексного соединения металлов
-
Структура синтезированных по данной методике наночастиц сульфидов кадмия и цинка и ее независимость от типа стабилизирующей матрицы
-
Способ управления структурой образующихся наночастиц сульфидов путем подбора соединений прекурсоров
-
Результаты исследований люминесценции композитов на основе наночастиц CdS и ZnS в матрице полиэтилена в видимой и ближней УФ — области спектра.
5 Ферромагнитные свойства нанокомпозитов, полученных путем направленного действия сверхкритического флюида на стабилизированные в матрице полиэтилена наночастицы оксидов никеля и кобальта до восстановленных металлов Ni и Со, результаты исследования размеров, состава и строения металлсодержащих наночастиц
Личный вклад автора. Представленные в диссертации результаты получены автором самостоятельно или совместно с соавторами опубликованных работ, кроме того, автор принимал непосредсгвенное участие в проведении экспериментов, расчетов, анализе полученных результатов и формулировке выводов
Апробация работы Работа выполнена на кафедре «Химия» Саратовского государственного технического университета в период 2004-2007 гг. Результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на. XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 2007), Международной вжоле-конференции «Физико-химические основы нанотехнологии» (Ставрополь, 2005); 5-й, 6-й и 7-й Международных научных конференциях «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, 2005, 2006, 2007), 11-х Международных молодежных научных школах по оптике, лазерной физике и биофизике «Проблемы оптической физики» (Саратов, 2007); Международном симпозиуме Восточно-азиатсісих стран по полимерным композиционным материалам и передовым технологиям «Композиты XXI века» (Саратов, 2005), 3-й Всероссийской научной конференции «Химия поверхностных соединений и нанотехнологии» (Санкт-Петербург, 2006); 1-й и 2-й конференциях молодых ученых «Нано-
электроника, нанофотоника и нелинейная физика» (Саратов, 2006, 2007), 4-й Международной конференции «Композит - 2007» (Саратов, 2007); Всероссийском конкурсе учащейся молодежи высших учебных заведений Российской Федерации на лучшие научные работы по естественным наукам (Саратов, 2004)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, из них 5 работ в журналах, рекомендованных ВАК
Рабо га выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранты № 04-03-32597-а и 06-08-01011-а) и гранта Минвуза РФ № РНГІ2 1 1 8014.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 120 страниц, а также включает 53 рисунка, 7 таблиц и список использованной литературы из 141 наименований
