- •ВВЕДЕНИЕ
- •ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ СИНТЕЗА МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АЛКОКСИДОВ КРЕМНИЯ И МЕТАЛЛОВ С ЛИГИРУЮЩИМИ ДОБАВКАМИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
- •1.1. Методы синтеза материалов на основе ZrO2 и SiO2. Достоинства и недостатки
- •1.2.1. Монолитные материалы, полученные по золь-гель технологии на основе аморфного диоксида циркония
- •1.2.2. Тонкие кремнеземные пленки, полученные по золь-гель технологии
- •1.3 Использование в золь-гель синтезе неорганических соединений в качестве легирующих добавок
- •1.4. Важнейшие приемы золь-гель технологии: ультразвуковая обработка и режимы термообработки
- •1.5. Применение материалов на основе диоксида циркония и силикатных покрытий, содержащих легирующие добавки
- •Заключение по главе 1
- •2.1. Золь-гель синтез гелей на основе диоксида циркония с использованием в качестве прекурсора пропилата циркония (IV)
- •2.1.1. Золь-гель синтез порошков на основе диоксида циркония с использованием в качестве прекурсора пропилата циркония (IV)
- •2.1.2. Получение стеклообразных гелей «циркониевых стекол»
- •2.1.3. Получение аэрогелей на основе ZrO2 золь-гель методом
- •2.2. Синтез кремнезолей, содержащих соединения платины и палладия
- •2.2.1. Формирование силикатных покрытий, содержащих соединения платины и палладия
- •ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ
- •3.1. Феноменологические наблюдения
- •3.1.1. Контроль процесса гелеобразования
- •3.1.2. Контроль состояния поверхности покрытий
- •3.2. Микроскопия
- •3.2.1. Оптическая микроскопия
- •3.2.2. Растровая электронная микроскопия (РЭМ)
- •3.2.3. Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ)
- •3.2.4. Атомно-силовая микроскопия (АСМ)
- •3.3. Термический анализ
- •3.4. Спектроскопия
- •3.4.1. Спектроскопия
- •3.4.2. Рамановская спектроскопия
- •3.4.3. Метод спектрофотометрии
- •3.5. Рентгенофазовый и рентгенографический анализ
- •3.6. Метод низкотемпературной адсорбции газов
- •3.7. Спектральная эллипсометрия
- •3.8. Томография
- •3.9. Методы малоугового рассеяния
- •3.9.1. Метод малоуглового рассеяния нейтронов (МУРН) и ультрамалоуглового рассеяния нейтронов (УМУРН)
- •3.9.2. Метод малоуглового рассеяния рентгеновского излучения (МУРР)
- •3.10. Метод рефлектометрии рентгеновского излучения
- •3.11. Метод спектрометрии RBS (метод резерфордовского обратного рассеяния)
- •3.12. Метод циклической вольтамперометрии
- •Заключение по главе 3
- •ГЛАВА 4. СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ СОСТАВОМ, СТРОЕНИЕМ И СВОЙСТВАМИ КСЕРОГЕЛЕЙ, ПОЛУЧАЕМЫХ ИЗ ЗОЛЕЙ ПРОПОКСИДА ЦИРКОНИЯ
- •4.1. Влияние условий синтеза на процесс формирования золей в растворе и получения сухих гелей
- •4.2. Состояние поверхности ксерогелей на основе ZrO2
- •4.3. Зависимость мезоструктуры ксерогелей от рН раствора
- •4.4. Зависимость мезоструктуры ксерогелей от ультразвукового воздействия
- •Заключение по главе 4
- •ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ СОСТАВОМ, СТРОЕНИЕМ И СВОЙСТВАМИ СТЕКЛООБРАЗНЫХ ГЕЛЕЙ («ЦИРКОНИЕВЫХ СТЕКОЛ»), ПОЛУЧАЕМЫХ ИЗ ПРОПОКСИДА ЦИРКОНИЯ
- •5.1. Влияние условий синтеза на процесс формирования и свойства стеклообразных гелей на основе ZrO2
- •5.2. Исследование влияния условий синтеза на характеристики пористостой структуры «циркониевых стекол»
- •5.4. Исследование фазового состава «циркониевых стекол»
- •5.6. Определение элементного состава «циркониевых стекол»
- •5.7. Оптические характеристики монолитных «циркониевых стекол»
- •Заключение по главе 5
- •ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ СОСТАВОМ, СТРУКТУРОЙ И СВОЙСТВАМИ АЭРОГЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ
- •6.1. Влияние условий золь-гель синтеза на мезоструктуру и фазовый состав аэрогелей
- •6.2. Эволюция пористости и фазового состава аэрогелей в процессе термообработки
- •Заключение по главе 6
- •ГЛАВА 7. НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ КРЕМНЕЗОЛЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЯ ПЛАТИНЫ И ПАЛЛАДИЯ
- •7.1. Исследование влияния длительности созревания и концентрации легирующих добавок соединений платины и палладия на морфологию поверхности и пористость кремнеземных пленок, допированных Pt и Pd
- •7.1.1. Платиносодержащие кремнеземные пленки
- •7.1.2. Палладий и платина-палладий- содержащие кремнеземные пленки
- •7.2.1. Седиментационная устойчивость и пленкообразующие свойства кремнезолей, допированных соединениями платины и палладия
- •7.2.2. Толщинный профиль платино- и палладий содержащих кремнеземных пленок
- •7.3. Фазовый состав платино- и палладийсодержащих ксерогелей и пленок
- •7.3.1. Фазовый состав допантов и размер наночастиц платины в кремнеземной матрице
- •7.3.2. Фазовый состав допантов и размер наночастиц палладия в кремнеземной матрице
- •7.3.3. Фазовый состав допантов и размер наночастиц в композитах, полученных из кремнезолей, содержащих одновременно соединения платины и палладия
- •7.3.4. Зависимость размера образующихся кристаллитов наночастиц Pt/Pd в кремнеземной матрице от способа ее формирования и количества прекурсора ТЕОС в исходном золе. Особенности структуры кристаллитов Pt/Pd, распределенных в кремнеземной матрице
- •7.4. Анализ химических процессов, происходящих при гелеобразовании и пленкообразовании в кремнезолях, содержащих соединения платины и палладия
- •7.4.1. Исследование влияния соединений платины на процессы структурообразования и пленкообразования в кремнезолях на основе ТЭОС
- •7.4.2. Исследование влияния одновременного присутствия в кремнезоле соединений платины и палладия на процессы структурообразования и пленкообразования
- •7.5. Применение силикатных пленок, легированных платиной и палладием, в качестве каталитических слоев в устройствах электронной техники и энергетики
- •Заключение по главе 7
- •ВЫВОДЫ
- •Перечень сокращений
- •Список использованной литературы
- •Приложение 1. Результаты термического анализа образцов с одновременным анализом состава отходящих газов для ксерогелей Zr_К_2, Zr_К_5 и Zr_К_8_УЗ.
- •Приложение 2. Результаты термического анализа образца с одновременным анализом состава отходящих газов для «циркониевого стекла» Zr_C_N_1V(iPrOH)-0,25V(H2O)-лед
93
Модель 2 (эффективная среда) |
2,73 |
2,94 |
2,29 |
2,26 |
2,26 |
2,23 |
|
|
|
|
|
|
|
ZrO2 кристаллический (база |
- |
- |
2,23 |
2,21 |
2,21 |
- |
Sopra SA) [181] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t-ZrO2 [182] |
- |
- |
2,21 |
2,20 |
2,19 |
- |
|
|
|
|
|
|
|
с-ZrO2 [183] |
- |
- |
2,18 |
2,16 |
2,15 |
- |
|
|
|
|
|
|
|
Кварцевое стекло, полученное |
- |
- |
- |
- |
1,46 |
- |
по золь-гель технологии |
|
|
|
|
|
|
(tспек=12000С) [184] |
|
|
|
|
|
|
Стекло категории ЛКЗ |
- |
- |
- |
1,49 |
- |
- |
|
|
|
|
|
|
|
Стекло категории К 8 |
- |
- |
- |
1,52 |
1,51 |
- |
|
|
|
|
|
|
|
Стекло категории СТК 9 |
|
|
- |
1,74 |
- |
- |
|
|
|
|
|
|
|
Кварцевое стекло КВ, ГОСТ |
1,55 |
1,53 |
1,51 |
1,46 |
1,46 |
1,45 |
15130—86 [185] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стекло на основе аморфного ZrO2 обладает весьма высоким коэффициентом оптического преломления, значения n лежит в пределах от 1,56 до 1,8 (для модели 1) и от 2,2 до 2,7 (для модели 2). Эти значения соответствует данным литературы для кристаллического ZrO2 (таблица 5.5) и существенно превышают аналогичный коэффициент для SiO2, который равен 1,51 (при 1000 нм) для плавленого стекла. Высокий коэффициент преломления «циркониевого стекла» свидетельствует о том, что данный материал имеет перспективы применения в оптике и микроэлектронике.
Заключение по главе 5
Экспериментально определены условия синтеза гелей на основе золей из пропоксида циркония, гидролизованного в присутствии азотной или уксусной кислот, из которых при длительной сушке в течение 4 месяцев при температуре от 50 до 150°С получены монолитные прозрачные материалы с различной степенью пористости – так называемые «циркониевые стекла»;
«Циркониевые стекла» представляют собой аморфные материалы, с ближайшим окружением атомов Zr, тяготеющим к упорядочению (кристалличности);
Мезоструктура «циркониевых стекол» имеет трехуровневую иерархическую организацию. Первый уровень представлен наночастицами ZrO2 размером 0,6-0,7 нм c гладкой поверхностью, которые формируют частицы второго уровня – массово-фрактальные или
94
объемно-фрактальные кластеры размером порядка 20-40 нм. Третий − уровень агрегаты размером 1,6-2,2 мкм, которые имеют диффузную поверхность.
Ряд образцов «циркониевых стекол» имеет высокие оптические характеристики: высокое значение коеффициента оптического преломления, равное 2,2-2,7, для образцов «циркониевых стекол», полученных из золей в присутствии HNO3 и высокое значение коэффициента оптического пропускания света, равное 0,9, для образцов «циркониевых стекол» полученных из золей в присутствии CH3COOH, в диапазоне длин волн 200 - 350 нм, прозрачность, монолитность, отсутствие внутренних дефектов.