Лекции по наноматериалам и нанотехнологиям

16 
В зависимости от направления движения подложки сквозь монослой 
получается пленка Ленгмюра-Блоджетт различной молекулярной ориентацией. 
При движении подложки 
вниз
(см. рис.1.6.а) на твердой гидрофобной 
поверхности формируется монослой с ориентированными к подложке 
гидрофобными хвостами ПАВ, который образует структуру 
Х
-типа. При 
движении гидрофильной подложки 
вверх
(см. рис.6.б) формируется мульти 
слой называемый структурой 
Z
-типа. 
Рис. 1.6. Получение монослоев 
Х
-типа (а) и 
Z
-типа (б) по Ленгмюру-Блоджетт [2] 
В случае полимерных пленок возможно 
1.Формирование монослоев полимеров на поверхности жидкости и перенос их 
на твердую подложку. 
2.Формирование монослоев из мономеров с последующей полимеризацией, а 
затем перенесение на твердую подложку 
3.Формирование монослоев из мономеров, перенесение их на твердую 
подложку, а затем полимеризация в пленке Ленгмюра-Блоджетт. 
Углеродные нанотрубки (УНТ) обнаружены в 1991 г. Иджимой и 
представляют собой цилиндрические организованные структуры диаметром от 
одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких микрон. 
Нанотрубки встречаются в природном минерале шунгите. 
1.Получение нанотрубок методом синтеза, основанный на 
использовании 
дугового разряда
с графитовыми электродами, разработанный Кретчмером для 
получения фуллеренов из сажи. См. рис.1.7. 
 

17 
Рис. 1.7. Схема получения нанотрубок: а) Применением газовой среды. б) Применением 
жидкого азота. 1-расходуемый графитовый электрод, 2-катод, 3-водяное охлаждение, 4-
подача инертного газа, 5-насос, 6-подача жидкого азота, 7-отбор нанотрубок.[2] 
Дуговой разряд между графитовыми электродами горит в камере с 
охлаждаемыми стенками при давлении буферного газа(
He
или 
Ar
) около500 
Topp. Межэлектродное пространство поддерживается на постоянном уровне 
(около1мм) за счет подвижного расходуемого анода. При токе 100 А и 
напряжении на электродах 25-35 В. Температура плазмы в межэлектродном 
пространстве достигает значений 4000
 
К. За счет конвекции атомы углерода 
уносятся в более холодную область плазмы, где часть из них образует 
нанотрубки. 
2.
Абляция (испарение) графита лазерным облучением
в атмосфере 
буферных газа. 
Применяется неодимовый лазер с длительностью импульса 8 нс и 
активным пятном на графитовом стержне -1,6 мм. Продукты термического 
распыления графита уносятся из горячей области вместе с буферным газом и 
осаждаются на водоохлаждаемой поверхности медного коллектора. Эти 
продукты включают фуллерены, наночастицы графита и углеродные 
нанотрубки 
однослойные 
и 
многослойные. 
Характеристики 
УНТ 
чувствительны к параметрам лазерного облучения, что позволяет 
синтезировать нанотрубки с заданными структурными свойствами.
 
3. 
Каталитическое разложение углеводородов
Каталитическое 
разложение 
углеводородов 
на 
поверхности 
металлического катализатора приводит к эффективному выходу УНТ. Схема 
синтеза приведена на рис.1.8. Катализатор состоящий из высокодисперсного 
металла, заполняет керамический тигель, заключены в трубчатую печь при 
температуре 700-1000 
о
С и продувается смесью-газообразного углерода и 
буферного газа, например смесью 
2
2
2
:
С Н N
в соотношении 1:10. Если поры 
подложки заполнены кластерами металла, совпадающими с размерами пор, 
тогда диаметр УНТ образующихся на поверхности катализатора становится 
близким к размеру кластера и соответственно диаметру пор.
Таким образом, например, получают ориентированные УНТ относительно 
поверхности пористого кремния как наиболее употребляемого материала в 
микроэлектронике, см. рис. 8. 
Рис. 1.8. Схема получения углеродных нанотрубок с помощью катализаторов.[2] 

18 
Квантовые точки 
- полупроводниковые флуоресцентные металлические 
нанокристаллы размером 5-10 нм, образованы из халькогенидов кадмия 
(например из селенида кадмия, покрыты оболочкой из сульфида цинка), 
обладают уникальными оптическими и электронными свойствами, имеют 
высокие квантовый выход и коэффициент экстинкции. Для них характерна 
широкая полоса возбуждения флуоресценции (от ультрафиолета до видимого 
света и инфракрасного) с узкой симметричной полосой эмиссии, которая в 
зависимости от природы и размера нанокристалла может располагаться на 
заданном участке спектра. ZnS, CdS, ZnSe флуоресцируют в УФ-области, CdSe, 
CdTe в видимом свете, PbS, PbSe, PbTe в ближней ИК –области (700-3000 нм). 
Квантовые точки отличает уникальная фотостабильность. 
Высокоэффективный к
оллоидный синтез
получения наноточек реализован 
[8] в виде высокотемпературного синтеза, проводимого в инертной атмосфере 
путем нагревания неорганометаллических 
прескуров
, растворенных в 
высококипящих органических растворителях. Это позволяет получать 
однородные по размеру квантовые точки с высоким квантовым выходом 
флуоресценции. В результате коллоидного синтеза получаются нанокристаллы, 
покрытые слоем адсорбированных поверхностно-активных молекул (ПАВ). 
Второй метод получения наноточек - 
эпитаксия
–формирование 
наноструктур на поверхности другого материала , которая используется как 
матрица. Квантовые точки InAs получали путем напыления островков InAs, 
образующих пунктирный слой, который располагался между слоями GaAs. 
Применение квантовых точке в качестве оптических сенсоров, 
флуоресцирующих маркеров фотосенсибилизаров в медицине, детекторов в ИК 
– области, солнечных батарей высокой эффективности, одноэлектронных 
транзисторов и нелинейно-оптических устройств. 

жүктеу/скачать 12,63 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: