Автореферат (Синтез двойных оксидов железа (III) и композитов на основе наночастиц магнетита и маггемита методами ионного и ионно-коллоидного наслаивания), страница 2

Синтезированные методом ИН слои Mn2FeOx∙nH2O могут быть рекомендованыдля применения в составе электродов при амперометрическом безэнзимномопределении H2O2 в водных растворах, слои Ag0,4FeOy∙nH2O в качествебактерицидного покрытия, а слои Fe3O4@MoO3∙nH2O – покрытия со свойствамисуперпарамагнетика.Объём и структура диссертацииДиссертационная работа состоит из введения, обзора литературы,методической и экспериментальной частей, содержащих основные результатыработы и списка литературы. Текст изложен на 120 страницах, содержит 84рисунка и 1 таблицу. Список литературы включает 139 наименований.5ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность выбранной темы и определены цель иобъекты исследования.Обзор литературы.

Первый параграф литературного обзора посвящёнизложению темы послойного синтеза на поверхности широкого круга подложекнанослоёв, содержащих в своём составе оксиды железа. На основе анализарезультатов данных работ поставлены новые задачи их послойного синтеза,включая задачи получения слоёв двойных оксидов железа (III) и композитов,содержащих наночастицы Fe3O4 или γ-Fe2O3.Во втором параграфе литературного обзора излагаются свойства соединенийжелеза (VI), в частности K2FeO4 как перспективного реагента для послойногосинтеза и области его возможного применения на практике.Методики синтеза нанослоёв.

В качестве подложек при синтезе былииспользованы пластины полированных монокристаллического кремния марки КЭФс ориентацией <100>, плавленого кварца марки КУ, лабораторного стекла ЛС-10 истекла с нанесенным на него методом магнетронного распыления слоем ITOтолщиной 100 нм, предварительно обработанные по известным методикам врастворах органических растворителей, кислот или щелочей. Синтез слоёвметодами ИН и ИКН был выполнен с помощью автоматизированных установокАК-5М и АК-2В.

Прошедшие предварительную обработку подложки закреплялисьв держателях установки и последовательно обрабатывались путём погружения врастворы реагентов по определённой схеме, образующей элементарный цикл ИН, аименно, при синтезе, например, слоя Mn2FeOx∙nH2O в раствор Mn(OAc)2, затем вдистиллированную воду, далее в раствор K2FeO4 и снова в дистиллированнуюводу. Растворы солей имели концентрацию 0,01 М и значение рН равноеравновесному, за исключением раствора K2FeO4 концентрация которого была 0,001М. В результате такой обработки на поверхности подложки происходилообразование одного нанослоя синтезированного вещества. Синтез последующихслоёв осуществлялся за счет многократного повторения циклов ИН.

Времяобработки образцов в каждом реагенте и промывной жидкости составляло 30секунд, синтез проводился при комнатной температуре и атмосферном давлении.Синтез по методике ИКН был аналогичен синтезу по методике ИН, отличиесостояло только в том, что в качестве одного из реагентов использовался один изколлоидных растворов Fe3O4 и γ-Fe2O3 или суспензия Fe(OH)3 в воде, и времяобработки в таких растворах и суспензии составляло 3 мин. Суспензии Fe(OH)3готовились путём добавления при постоянном перемешивании к раствору Fe(NO3)3раствора KOH.

Концентрации данных растворов были выбраны с таким расчётом,чтобы в конечном растворе концентрация Fe(OH)3 равнялась 0,01 М, а pH - 4,5.Коллоидный раствор Fe3O4 готовили по известной методике путём гидролиза смесиFeCl2 и FeCl3, промывки осадка Fe3O4 и его пептизации при обработке наультразвуковой установке. При этом для пептизации частиц Fe3O4 к растворуприбавлялись соответственно HClO4 (pH = 4,0) или N(CH3)4OH (pH = 9,5).Коллоидный раствор γ-Fe2O3 готовили по предложенной в настоящей работеметодике путём окисления наночастиц Fe3O4 в растворе K2FeO4 (см.

стр. 14).Методики исследования. Исследование морфологии синтезированных слоёвпроводили методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) с помощьюмикроскопов Zeiss EVO-40EP и Zeiss Merlin. Элементный состав определялиметодом рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) с использованием6сканирующего электронного микроскопа Zeiss EVO-40EP и энергодисперсионногомикроанализатора Oxford INCA 350 с детектором площадью 30 мм2.Рентгенодифракционный анализ синтезированных образцов проводили с помощьюдифрактомера Rigaku Miniflex II с CoKα излучением.

ИК-Фурье спектрыпропускания слоёв на поверхности кремния регистрировали на спектрометре ФСМ2201 по дифференциальной методике по отношению к спектру пропусканияпластины кремния без синтезируемого слоя. Рентгенофотоэлектронные спектрыобразцов получали с использованием спектрометра ESCALAB 250Xi с AlKαрентгеновским излучением. Мёссбауэровские спектры образцов были измерены спомощью спектрометра WISSEL в режиме постоянного ускорения при комнатнойтемпературе, как без приложения внешнего магнитного поля, так и в продольноммагнитном поле с индукцией 0,17 Тесла.

В качестве источника гамма излученияиспользовался изотоп Co57(Rh). Измерения величины электрокинетическогопотенциала (ζS) частиц в дисперсиях и их распределения по размерампроизводилось на анализаторе Zetasizer Nano ZS в термостатируемой при 20°Cуниверсальной капиллярной U-образной кювете (DTS 1070). Значения ζSрассчитывались по уравнению Смолуховского.Измерениемагнитныхсвойствмагнетит-содержащихнанослоёвпроизводилось на вибрационном магнитометре LakeShore 7410 в диапазонемагнитных полей от -18 до +18 кЭ. Вольтамперометрические измерения электродовэлектрохимического сенсора на H2O2 и суперконденсатора производились сиспользованием потенциостата – гальваностата Р-30SM и 3-х электроднойэлектрохимической ячейки, при этом электродом сравнения служилхлоридсеребряный (Е = 0,203 ± 0,001 В), а вспомогательным – Pt.

При изученииэлектрохимического сенсора рабочим электродом служила пластина стекла снанесённым на неё магнетронным распылением слоем ITO и синтезированным нанём методом ИН слоем Mn2FeOx∙nH2O, а электрода суперконденсатора –пеноникеля с нанесённым на неё методом ИН слоем Co2,4FeOx∙nH2O.Бактерицидные свойства синтезированных образцов изучали по отношению кшаровидой грамположительной бактерии рода стафилококк (Staphylococcus aureus)на примере образцов пластинок предметных стекол размером 15 х 30 х 1 мм, наповерхности которых находился исследуемый слой. В качестве питательной средыдля микроорганизмов использовали агаризованную среду АГВ с рН равным 7,1.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕНа первом этапе экспериментальной работы по данной теме для её успешноговыполнения были сконструированы, изготовлены и испытаны оригинальныеконструкции 2-х типов лабораторных установок для послойного синтеза. Данныеустановки по сравнению с известными ранее характеризуются специальнымисистемой подачи и удаления промывной жидкости, компоновкой отдельныхблоков, конструкциями электромеханических приводов и оригинальным блокомуправления на основе микроконтроллера.

Внешний вид одной из таких установок,а именно АК-5М показан на рис. 1.Основу блоков управления установками составляли печатные платы с 8битными микроконтроллерами серии AVR фирмы Atmel, имеющими в своёмсоставе широкий спектр периферийных устройств, включая таймеры, счётчики,АЦП и т.д. Существенно, что для данных микроконтроллеров имеются удобныеинтегрированные среды с поддержкой компиляторов языка С и это открыло7возможность сравнительно легкой “перепрошивки” компьютерных управляющихпрограмм. Было создано несколько типов печатных плат электронных блоковуправления установками, в которых было предусмотрено подключение кмикроконтроллеру LCD-дисплея с сенсорной панелью, драйверов шаговыхдвигателей, цепей питания и программатора. Кроме того, на некоторых образцахэлектронных блоков управления дополнительно были созданы цепи подключениятермопар, а также силовой нагрузки через реле и симисторы для подключениятрубчатых печей с регулируемым нагревом для прогрева образцов.Рис.

1. Внешний вид автоматизированной установки АК5М.Дляданныхблоковуправлениябылиразработаны программные прошивки на базеоперационной системы реального времени (RTOS) наязыке программирования C в интегрированнойсистемеразработкиAVRStudio,которыепрошивались в микроконтроллер программаторомPG-1спомощьюпрограммыPonyProg.Использованиевуправляющейпрограммеоперационной системы реального времени позволилосоздать программы, работающие одновременно врежимереальноговремениснесколькимиустройствами, например с сенсорной панелью и шаговыми двигателями, и крометого, это облегчило написание программ и их доработку путём подключения кэлектронному блоку дополнительных устройств.Испытания созданных установок показали их надёжную работу в течение 3-хлет и возможность проведения в автоматизированном режиме с помощью нихсинтеза слоёв в результате многократного, вплоть до 100 и более, повторенияциклов обработки подложки реагентами и при заданном времени обработки влюбом из растворов.

При этом для установки АК-2В один цикл обработки пометодикам ИН и ИКН может включать до 12 обработок в различных жидкостях, адля установки АК-5М – до 4.На последующих этапах работы были проведены многочисленныеэксперименты по определению круга реагентов, позволяющих получать методамиИН слои железо-содержащих соединений и предложены и экспериментальнообоснованы новые способы послойного синтеза двойных оксидов железа (III) икомпозитов на основе наночастиц магнетита или маггемита, а также выполненысинтезы образцов как для их исследования с помощью физических методов, так ииспытания в качестве функциональных материалов.Полученный экспериментальный материал изложен в 4-х подразделах, первыйиз которых (п.