Диссертация (Влияние условий синтеза нанокристаллического диоксида титана на природу и параметры спиновых центров)
Описание файла
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Влияние условий синтеза нанокристаллического диоксида титана на природу и параметры спиновых центров". PDF-файл из архива "Влияние условий синтеза нанокристаллического диоксида титана на природу и параметры спиновых центров", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физико-математические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. , а ещё этот архив представляет собой кандидатскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
Московский государственный университет имени М. В. ЛомоносоваФизический факультетНа правах рукописиЛе Николай ТханевичВлияние условий синтеза нанокристаллическогодиоксида титана на природу и параметрыспиновых центров01.04.10 - Физика полупроводниковДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководительд.ф.-м.н., профессорКонстантинова Елизавета АлександровнаМосква – 20172ОГЛАВЛЕНИЕСПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ................................................................................................................ 4ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................................................
5ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР............................................................................................ 131.1. СПОСОБЫ СИНТЕЗА НАНОЧАСТИЦ ДИОКСИДА ТИТАНА ................................................................ 141.1.1.
ЗОЛЬ-ГЕЛЬ МЕТОД ........................................................................................................................................... 151.1.2. ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЙ СПОСОБ СИНТЕЗА ............................................................................................ 181.1.3. МЕТОД СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ ФЛЮИДОВ ......................................................................................... 191.1.4. МЕТОД ПИРОЛИЗА ГИДРОЛИЗИРОВАННЫХ АЭРОЗОЛЕЙ ........................................................ 211.2. ЛЕГИРОВАНИЕ ДИОКСИДА ТИТАНА КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЕГОФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ В ВИДИМОМ ДИАПАЗОНЕ СПЕКТРА ......................................................
241.2.1. ЛЕГИРОВАНИЕ ДИОКСИДА ТИТАНА АТОМАМИ МЕТАЛЛОВ ................................................ 261.2.2. ЛЕГИРОВАНИЕ ДИОКСИДА ТИТАНА АТОМАМИ НЕМЕТАЛЛОВ .......................................... 291.3. СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА ДИОКСИДА ТИТАНА .................................................................................. 351.4.
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОКРИСТАЛЛОВ ДИОКСИДА ТИТАНА ........................................ 391.5. СПЕКТРОСКОПИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА ДИОКСИДАТИТАНА.................................................................................................................................................................................. 441.5.1. ИОНЫ ТИТАНА .................................................................................................................................................. 441.5.2. КИСЛОРОДНЫЕ РАДИКАЛЫ.......................................................................................................................
461.5.3. РАДИКАЛЫ NxOy ................................................................................................................................................ 471.5.4. ИОНЫ ПРИМЕСНЫХ МЕТАЛЛОВ ............................................................................................................. 481.6.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ДИОКСИДА ТИТАНА......................................................................... 501.7. ВЫВОДЫ ИЗ ЛИТЕРАТУРНОГО ОБЗОРА ...................................................................................................... 54ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА ................................................................................. 562.1.
СИНТЕЗ ОБРАЗЦОВ .................................................................................................................................................. 562.1.1. СИНТЕЗ НЕЛЕГИРОВАННОГО НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ДИОКСИДА ТИТАНА ...... 562.1.2. ЛЕГИРОВАНИЕ ОБРАЗЦОВ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ДИОКСИДА ТИТАНААТОМАМИ МЕТАЛЛОВ .............................................................................................................................................
572.1.3. ЛЕГИРОВАНИЕ ОБРАЗЦОВ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ДИОКСИДА ТИТАНААТОМАМИ НЕМЕТАЛЛОВ ....................................................................................................................................... 582.2. РЕГИСТРАЦИЯ СПЕКТРОВ ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА ................... 592.3.
АНАЛИЗ И ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СПЕКТРОВ ........................................................................ 612.4. МЕТОД МИКРОВОЛНОВОЙ ФОТОПРОВОДИМОСТИ ............................................................................ 652.5.
МЕТОД БЭТ И ПРОСВЕЧИВАЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ ....................................... 662.6. РЕГИСТРАЦИЯ И АНАЛИЗ СПЕКТРОВ ДИФФУЗНОГО РАССЕЯНИЯ ............................................. 673ГЛАВА 3. СТРУКТУРНЫЕ, ОПТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВАНАНОКРИСТАЛЛОВ ДИОКСИДА ТИТАНА ............................................................................ 713.1. УДЕЛЬНАЯ ПЛОЩАДЬ ПОВЕРХНОСТИ И РАЗМЕРЫ НАНОЧАСТИЦ ОБРАЗЦОВ,СИНТЕЗИРОВАННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ. .................................................................................... 713.2. ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРОВ ОПТИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЙШИРИНЫ ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНЫ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ДИОКСИДА ТИТАНА ............... 733.3.
ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАЗЦОВ С РАЗЛИЧНЫМ РАЗМЕРОМ НАНОКРИСТАЛЛОВ МЕТОДОММИКРОВОЛНОВОЙ ФОТОПРОВОДИМОСТИ...................................................................................................... 793.4. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ГЛАВЫ 3 ..................................................................................... 83ГЛАВА 4. ИЗУЧЕНИЕ ПРИРОДЫ И ПАРАМЕТРОВ СПИНОВЫХ ЦЕНТРОВ ВНАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ ДИОКСИДЕ ТИТАНА ............................................................. 854.1. ЭПР-СПЕКТРОСКОПИЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ДИОКСИДА ТИТАНА ............................ 854.2. ИССЛЕДОВАНИЕ СПИНОВЫХ ЦЕНТРОВ В НАНОЧАСТИЦАХ ДИОКСИДА ТИТАНА,СИНТЕЗИРОВАННОГО ЗОЛЬ-ГЕЛЬ МЕТОДОМ С ПОЛИЭТИЛЕНГЛИКОЛЕМ ...............................
934.3. ИЗУЧЕНИЕ СПИНОВЫХ ЦЕНТРОВ В НАНОЧАСТИЦАХ ДИОКСИДА ТИТАНА,СИНТЕЗИРОВАННОГО МЕТОДОМ СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ ФЛЮИДОВ .............................................. 1004.4. ПРИРОДА И ПАРАМЕТРЫ СПИНОВЫХ ЦЕНТРОВ В НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМДИОКСИДЕ ТИТАНА, ЛЕГИРОВАННОМ АТОМАМИ ХРОМА .................................................................. 1054.5. ИЗУЧЕНИЕ ПАРАМАГНИТНЫХ СВОЙСТВ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ДИОКСИДАТИТАНА, ЛЕГИРОВАННОГО АЗОТОМ ................................................................................................................. 1094.6.
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ ЭПР НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ДИОКСИДА ТИТАНА,ЛЕГИРОВАННОГО ФТОРОМ...................................................................................................................................... 118ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................................................ 125ЛИТЕРАТУРА ..................................................................................................................................
1294СПИСОК СОКРАЩЕНИЙЭПР электронный парамагнитный резонансИК инфракрасныйУФ ультрафиолетовыйБЭТ метод Брунауэра–Эммета–ТейлораПЭМ метод просвечивающей электронной микроскопииМФП метод микроволновой фотопроводимостиCVD химическое осаждение из газовой фазыСКФ сверхкритические флюидыDFT теория функционала плотности состоянийПО программное обеспечениеПЭГ полиэтиленгликольNMP N-метил-2-пирролидонСТВ сверхтонкое взаимодействиеПАВ поверхностно-активные вещества5ВВЕДЕНИЕАктуальностьисследователейработы.Впривлекаютпоследниенесколькодесятилетийнанокристаллическиеоксидныевниманиематериалы,обладающие рядом уникальных свойств.
Среди указанных объектов можновыделить диоксид титана (TiO2). Он широко используются при производстведиэлектрической керамики, красителей, лекарственных препаратов и косметики[1-6].Развитаяповерхностьи,какследствие,высокаяадсорбционнаячувствительность позволяют использовать диоксид титана в газовых сенсорах [7].В последнее время усилия многих исследовательских групп направлены наразработку солнечных батарей инжекционного типа на основе TiO2 [5].Повышенный интерес к TiO2 стал также проявляться после установления еговысокой фотокаталитической активности, и в настоящее время это направлениепродолжает активно развиваться. Диоксид титана участвует в реакцияхразложения органических соединений и, кроме того, восстанавливает токсичныегазы, как, например, NO и CO [1,4].
Отметим, что функциональныехарактеристикиопределяемые(фоточувствительность,физико-химическимиреакционнаясвойствамиспособностьданногоит.д.),материала,взначительной степени зависят от методов синтеза TiO2.Диоксид титана является широкозонным полупроводником с ширинойзапрещенной зоны, варьирующейся приблизительно от 3,2 до 3,4 эВ [7].Следовательно,длягенерацииэлектроновидыроквнемтребуетсяультрафиолетовое излучение.
Легирование ионами переходных металлов илинеметаллами, такими как углерод, азот, сера, приводит к увеличению вкладапримесного поглощения света с различными длинами волн, а также влияет на6электронные и оптические свойства данного материала. Специфика синтезананочастиц, легирование диоксида титана различными примесями, варьированиеудельной площади поверхности – все это определяет природу и свойствадефектов в его структуре. Стоит отметить, что последние в TiO2, как правило,парамагнитны, и одним из важных методов их исследования является ЭПРспектроскопия.Цель работы. Выявить закономерности влияния химического состава образцовнанокристаллического диоксида титана и их удельной площади поверхности наприроду и параметры спиновых центров в его структуре.Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:1.
