Preview

Российские нанотехнологии

Расширенный поиск

Влияние концентрации наполнителя и толщины пленок полимерных нанокомпозитов поли-п-ксилилен — сульфид кадмия на их оптические и структурные свойства

Полный текст:

Аннотация

Проведены исследования оптических спектров поглощения и морфологии поверхности пленочных нанокомпозитов поли-п-ксилилен — сульфид кадмия (ППК–CdS) в зависимости  от концентрации наполнителя CdS (С ≈ 0–100 об. %) и толщины пленок (d ≈ 0.02, 0.2, 0.5 и 1.0 мкм). Синтез пленок проводили методом криохимического синтеза на подложках из  оптического кварца и кремния. Для всех толщин пленок с ростом концентрации  наполнителя обнаружены немонотонные сдвиги спектров оптического поглощения в  длинноволновую область с максимумом при концентрации C0. Значение С0 возрастает с  ростом толщины пленок и равно ≈ 11, 30 и 50 об. % для d ≈ 0.02, 0.5 и 1 мкм, соответственно. Из анализа спектров поглощения выполнена оценка среднего размера  наночастиц (по положению экситонного пика). Установлено, что сдвиги спектров  обусловлены изменениями размеров наночастиц. Методом атомно-силовой микроскопии  (АСМ) выявлено влияние содержания наполнителя на морфологию полимерной матрицы и  шероховатость поверхности нанокомпозитов, получено распределение глобул матрицы по  размерам. Наиболее заметные изменения спектров поглощения и морфологии поверхности  происходят в области концентраций C ≤ С0. При C > С0 спектры поглощения практически  совпадают, что указывает на близкие значения размеров наночастиц. Экстремальные  изменения размеров полимерных глобул и наночастиц зарегистрированы при одной и той же концентрации С0 (характерной для каждой толщины). Полученные результаты  свидетельствуют о корреляции в изменениях морфологии поверхности матрицы и оптических свойств наполнителя.

Об авторах

О. П. Иванова
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук
Россия
119334, Москва, ул. Косыгина, 4


Е. П. Криничная
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук
Россия
119334, Москва, ул. Косыгина, 4


С. А. Завьялов
Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
Россия
123182, Москва, пл. Академика Курчатова, 1


Т. С. Журавлева
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук
Россия
119334, Москва, ул. Косыгина, 4


Список литературы

1. Чвалун С.Н, Пебалк А.В., Григорьев Е.И., Фельдман В.И., Журавлева Т.С. Разработка основ создания новых оптически активных наноструктурированных полимерных и композиционных материалов // Российские нанотехнологии. 2008. Т.3. № 5–6. С. 51– 54.

2. Григорьев Е.И., Завьялов С.А., Чвалун С.Н. ГПП синтез поли-n-ксилилен-металл (полупроводник) нанокомпозиционных материалов для химических сенсоров // Российские нанотехнологии. 2006. Т. 1. № 1–2. С. 58–70.

3. Гусев А.В., Маилян К.А., Пебалк А.В., Рыжиков И.А., Чвалун С.Н. Перспективы применения наноструктурированных полимерных и нанокомпозитных пленок на основе поли-n-ксилилена для микро-, опто- и наноэлектроники // Радиотехника и электроника. 2009. Т. 54. № 7. C. 875–886.

4. Трахтенберг Л.И., Герасимов Г.Н., Григорьев Е.И. Нанокластеры металлов и полупроводников в полимерных матрицах: синтез, структура и физико-химические свойства // Журн. физ. химии. 1999. Т. 73. № 2. C. 264–276.

5. Третьяков Ю.Д., Гудилин Е.А. Основные направления фундаментальных и ориентированных исследований в области наноматериалов // Успехи химии. 2009. Т. 78. № 9. C. 867–887.

6. Клименко И.В., Криничная Е.П., Журавлева Т.С., Завьялов С.А. и др. Пленочные нанокомпозиты поли-n-ксилилен + CdS: оптические спектры, фотолюминесценция и топография поверхности // Журн. физ. химии. 2006. Т. 80. № 12. C. 2287–2292.

7. Zavyalov S.A., Grigoriev E.I., et al. Structure and properties of titanium-polymer thin film nanocomposites // Int. J. of Nanoscience. 2005. V. 4. № 1. P. 149–161.

8. Streltsov D.R., Mailyan K.A., Gusev A.V., et al. Electrical properties, structure, and surface morphology of poly(p-xylylene) — silver nanocomposites synthesized by low-temperature vapor deposition polymerization // Appl. Phys. A. 2013. V. 110. P. 413–422.

9. Zavyalov S.A., Pivkina A.N., Schoonman J. Formation and characterization of metal- polymer nanostructured composites // Solid State Ionics. 2002. V. 147. P. 415–419.

10. Криничная Е.П., Иванова О.П., Завьялов С.А., Григорьев Е.И., Журавлева Т.С. Синтез нанокомпозитов поли-n-ксилилен + CdS и исследование структуры их поверхности // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исследования. 2012. № 1. С. 28–36.

11. Katsikas L., Eychmuller A., Giersig M., Weller H. Discrete excitonic transisions in quantum-sized CdS particles // Chem. Phys. Lett. 1990. V. 172. P. 201–204.

12. Нурмухаметов Р.Н., Дядюшкина С.Н., Маилян К.А. и др. О природе центров поглощения и люминесценции в пленке поли-n-ксилилена // Высокомолек. соед. А. 1991. Т. 33. № 7. C. 1525–1529.

13. Wu G.S., Yuan X.Y., Xie T., Xu G.C., Zhang L.D., Zhuang Y.I. A simple synthesis route to CdS nanomaterials with different morphologies by sonochemical reduction // Mater. Lett. 2004. V. 58. P. 794–797.

14. Озерин С.А. Синтез, структура и свойства гибридных нанокомпозитов на основе серебра, сульфида свинца и поли-n-ксилилена: дис. … канд. хим. наук / Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова (ИСПМ РАН). М., 2005.

15. Екимов А.И., Онущенко А.А. Размерное квантование энергетического спектра электронов в микрокристаллах полупроводников // Письма в ЖЭТФ. 1984. Т. 40. С. 337–340.

16. Zavyalov S.A., Timofeev A.A., Pivkina A.N., Schoonman J. In: Nanostructured Materials: Selected synthesis method. Properties and applications, eds. Knauth P. and Schoonman J. Kluwer Academic Publishers. Boston / Dordrecht / London, 2002. P. 97–112.

17. Мосс Е., Биррос Г., Эллис Б. Полупроводниковая оптоэлектроника. М.: Мир, 1976. 431 с.

18. Vossmeyer T., Katsikas L., Giersig M., Popovic I.G., et al. CdS nanoclusters: synthesis, characterization, size dependent oscillator strength, temperature shift of the excitonic transition energy, and reversible absorbance shift // J. Phys. Chem. 1994. V. 98. P. 7665–7673.

19. Ролдугин В.И. Квантоворазмерные металлические коллоидные системы // Успехи химии. 2000. Т. 69. № 10. С. 899–923.

20. Хайрутдинов Р.Ф. Химия полупроводниковых наночастиц // Успехи химии. 1998. Т. 67. № 2. С. 125–139.

21. Wang Y., Herron N. Nanometer-sized semiconductor clusters: materials synthesis, quantum size effects, and photophysical properties // J. Phys. Chem. 1991. V. 95. P. 525–532.

22. Alivisatos A.P. Semiconductor clusters, nanocrystals, and quantum dots // Science. 1996. V. 271. P. 933–937.

23. Завьялов С.А., Схоунман Й., Голубева Е.Н., Лобанов А.В., Пивкина А.Н., Гайнутдинов Р.В. Структура тонкопленочных фотоэлектродных нанокомпозитов на основе матрицы из поли-n-ксилилена // Российские нанотехнологии. 2007. Т. 2. № 3–4. С. 101–108.

24. Streltsov D.R., Mailyan K.A., Gusev A.V., et al. Structure and optical properties of thin poly(p-xylylene) — silver nanocomposite films prepared by low-temperature vapor deposition polymerization // Polymer. 2015. V. 71. P. 60–69.

25. Озерин С.А., Завьялов С.А., Чвалун С.Н. Синтез, структура и свойства мелаллополимерных нанокомпозитов на основе серебра и поли-n-ксилилена // Высокомолек. соед. 2001. Серия А. Т. 43. № 11. C. 1993–2000.

26. Озерин С.А., Киреева Е.В., Григорьев Е.И., Герасимов Г.Н., Чвалун С.Н. Структура нанокомпозитов на основе сульфида свинца и поли-n-ксилилена // Высокомолек. соед. 2007. Т. 49. № 4. C. 1215–1223.

27. Завьялов С.А., Куприянов Л.Ю., Пивкина А.Н., Схоунман Й. Микроструктура и перенос заряда в тонких пленках на основе нанокомпозитов металл—полимер // Журн. физ. химии. 2006. Т. 80. № 9. C. 1650.

28. Богинская И.А., Гусев А.В., Маилян К.А. и др. Структура и электропроводность пленочных металлополимерных нанокомпозитов полипараксилилен—серебро // Радиотехника и электроника. 2011. Т. 56. № 1. С. 77–83.

29. Ворох А.С., Ремпель А.А. Неупорядоченная структура и форма наночастиц сульфида кадмия CdS // ДАН. 2007. Т. 413. № 6. C. 743–746.

30. Ворох А.С., Кожевникова Н.С., Ремпель А.А. Переход неупорядоченной структуры сульфида кадмия CdS в структуру вюрцита при увеличении размера наночастиц // Изв. РАН, Серия Физическая. 2008. Т. 72. № 10. С. 1472–1475.

31. Кожевникова Н.С., Ворох А.С., Урицкая А.А. Наночастицы сульфида кадмия, полученные методом химического осаждения из растворов // Успехи химии. 2015. Т. 84. № 3. C. 225–250.

32. Морозов П.В., Григорьев Е.И., Завьялов С.А., Чвалун С.Н. Выпрямляющий эффект в градиентных нанокомпозитах поли-n-ксилилен — сульфид кадмия // ФТТ. 2012. Т. 54. № 11. С. 2155–2159.


Просмотров: 35


ISSN 1992-7223 (Print)