Лекции по наноматериалам и нанотехнологиям

60 
б) Призма с верхним срезом имеет симметричную структуру), 
в) Плоская переходная призма сверху, вторым слоем фоторезист
8
SU
. 
Рис.1.44. а) Окончательный размер трехмерного фотонного кристалла на основе резиста 
8
SU
. Полученного при экспозиции 1,1 сек. б) 
SEM
изображение плоскости (111) 
трехмерного кристалла. в)
SEM
изображение бокового вида трехмерного фотонного 
кристалла. [16]. 
На рис. 1.44.а показан окончательный размер трехмерного фотонного 
кристалла. Черточка длиной 5 мкм. На рис. 1.44.б изображение плоскости 
(111)трехмерного фотонного кристалла из резиста SU8 при экспозиции 1.1 сек. 
На рис. 1.44.в изображении бокового вида трехмерного фотонного кристалла. 
1.4. 
Электрические 
и 
магнитные 
свойства 
наносистем 
и 
наноматериалов 
1.4.1. Электрические свойства наноструктур 
Переход «сверху вниз» от массивного материала к наноматериалу 
происходит с разделением электронных зон на подзоны и отдельные 
электронные уровни. Переход «снизу вверх» от отдельной молекулы к 
наноматериалу сопровождается расширением отдельных уровней до зон. 
Появление дискретных электронных уровней связано с ограничением длины 
свободного пробега электронов и характеризует эффекты квантового 
ограничения в нанокластерах. Уменьшение размера кластера приводит к 

61 
уменьшению электропроводности. Появляется кулоновский барьер для 
одноэлектронного 
перехода 
между 
уровнями. 
Он 
определяется 
электростатической энергией
2
/ 2
e
C
(где С-взаимная емкость системы кластер-
игла туннельного микроскопа). Емкость пропорциональна размеру кластера. 
Вольтамперные характеристики проводимости для нанокластеров 
обладают ступенчатыми зависимостями. Количество ступеней и величина 
возрастают с уменьшением размера кластера и температуры. Уменьшение 
размера кластера сопровождается переходом от металлического состояния к 
непроводящему 
молекулярному 
состоянию. 
Рассеяние 
электронов 
проводимости на поверхности кластера увеличивается при уменьшении 
размеров кластера. 
Эффективным способом создания трехмерной проводящей наноструктуры 
служит кристаллизация стабилизированных лигандами халькогенидных 
кластеров, обладающих проводящими свойствами. Ряд кластеров отделенных 
лигандными оболочками представляются в виде ряда потенциальных ям, 
содержащих электронные уровни основного и возбужденного состояний. В 
основном состоянии валентные электроны локализованы. В возбужденном 
состоянии возможно туннелирование за счет изменения расстояния между 
нанокластерами. Проводимость молекулярных кластерных кристаллов на 
основе золота 
55
Au
уменьшается, (кулоновский барьер увеличивается) при 
увеличении длины молекул соединяющих кластеры.
Если соединить наночастицы золота длинными молекулами, то образуется 
объемный наноструктурированный материал, обладающий электрической 
проводимостью. Такая сеть образуется при взаимодействии аэрозоля частиц 
золота с аэрозолем тонко распыленного тиола 
RSH
, например додекантиола, в 
котором 
R
это 
12
25
C H
. Такие алкиловые тиолы содержат группу 
SH
, которая 
может присоединяться к метилу 
3
CH
, и парафиновую цепочку длиной 8-12 
элементов. Эта цепочка обеспечивает стерическое отталкивание между 
цепочками. Цепные молекулы располагаются по радиусам вокруг каждой 
наночастицы. Инкапсулированные частицы золота стабильны в алифатических 
растворах, типа гексан. Добавление к раствору небольшого количества дитиола 
вызывает формирование трехмерных кластерных сетей, которые выпадают в 
осадок. 
Двумерные наноструктуры могут быть созданы нанесением на подложку 
слабо 
взаимодействующих 
нанокластеров. 
Так 
получают 
высокоорганизованные слои кластеров, стабилизированные лигандами, 
например, кластеров золота имеющих алкилтиоловые лиганды. Чем больше 
мобильность кластеров, тем выше упорядоченность двумерной наноструктуры. 

62 
Для изменения электропроводности в пленки, полученные методом Ленгмюра-
Блоджет, вводят нанокластеры стабилизированные лигандами, и разделенными 
соответствующими дополнительными молекулами (называемые 
спейсерами
), 
см. рис.1.45. 
Рис. 1.45. Трехмерное изображение организации кластеров в кластерный кристалл с 
помощью спейсеров (цепочечных соединительных органических молекул).[2] 

жүктеу/скачать 12,63 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: