Борисенко В.Е. - Наноэлектроника (Теория и практика) (1051247), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Это электро- и фотохромные дисплеи, электрохромные зеркала и «умные окна», изменяющие свою прозрачность при подаче на них определенного электрического потенциала, а также светораспределяюшие фильтры, датчики для контроля содержания оксидов азота в атмосфере. Сверхпровод~пцие свойства оксида вольфрама могут бьггь использованы для создания переходов Джозефсона и высокочувствительных магнитных сканеров.
Окснд гафния (НЮг). Стехиометрический Н(О, может иметь кубическую, тетрагональную или моноклинную кристаллическую решетку. В объемном состоянии самой стабильной структурой при атмосферном давлении и температурах ниже 200 'С является моноклинная фаза, известная как баддеаеюип (ЬаЫе!еугге). Выше этой температуры моноклинная кристаллическая решетка трансформируется в тетрагональную. По своим электронным свойствам НЮ, — это диэлектрик с шириной запрещенной зоны 5,8 — 6,0 эВ. Моноклинная фаза имеет диэлектрическую проницаемость около 16, а тетрагональная и кубическая фазы — 70 и 29 соответственно. Введение в состав оксида атомов 80 стабилизирует теграгональную фазу, а атомов У вЂ” кубическую Фазу. В процессе электрохимического анодного оксидирования НГ возможно формирование диоксида данного металла в виде гексагонально упорядоченных пористых или трубчатых структур (как и у анодного оксида алюминия) в зависимости от условий анодирования. В качестве электролита используют фторсодержащие водные растворы.
Содержание воды в электролите является главным фактором, влияющим на регулярность и тип структуры. Типичный электролит для формирования пористого оксида гафния — водный раствор 1М Н,БО4 + 0,2% (мас.) Наг, а анодное напряжение составляет около 50 В при комнатной температуре. Наноструктуры из анодного оксида гафния обладают высоким аспектным отношением. Поры имеют диаметр 20 — 50 нм, а толщина пористого или трубчатого слоя может достигать 60 мкм.
Материал в межпоровом пространстве и стенки трубок после завершения анодирования имеют аморфную структуру. Моноклинная кристаллическая решетка в них формируется отжигом при температурах до 200 'С. При более высоких температурах появляется фаза и с тетрагональной решеткой. 178 Глава 2.метолыформирояаиияиаиоэяект ииыхс Материал обладает высокой химической и температурной стабильностью, высоким показателем преломления и относительно высокой диэлектрической проницаемостью.
Эти свойства позволяют использовать его в датчиках состава газовых и жидких сред. Тонкие оксидные слои барьерного типа из оксида гафния перспективны для туннельных наноструктур, стабильных защитных и оптически прозрачных покрытий. Окснд циркоиия (ХгО ). В объемном состоянии этот оксид, также как и НГО,, может иметь моноклинную кристаллическую решетку при комнатной температуре и кубическую и тетрагональную кристаллические решетки при температурах выше 200 'С. По своим электронным свойствам УГО2 представляет собой диэлектрик, обладающий электронной проводимостью, химической стабильностью и высокой диэлектрической проницаемостью. Формирование наноструктурнрованного оксида циркония с губчатой или нанотрубчатой структурой осуществляют во фторсодержащих электролитах при анодных напряжениях порядка 30 В. В качестве примера можно привести электролиты состава 1М Н,БОя + 0,2% (мас.) ХНяГ и 0,35М РаствоР ГчН4г + глицеРин.
Содержание в электролитах ионов г и С1, а также воды оказывает существенное влияние на процесс формирования нанотрубок. Электрохимическое анодное оксидирование Уг позволяет формировать пористые пленки оксида циркония толщиной до 10 мкм с диаметром пор 40-75 нм. Наноструктурированный оксид циркония находит применение в качестве промышленного катализатора, а также при изготовлении датчиков и высокоэффективных топливных элементов. Определенные перспективы представляют его эмиссионные свойства.
Принципиальные возможности формирования нанопористых и нанотрубчатых структур злектрохимическим анодным оксидированием показаны и для других тугоплавких металлов. Однако системные разработки по технологии их получения н исследование свойств этих материалов пока находятся в стадии развития. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Какие металлы относят к тугоплавким? 2. Какими привлекательными электронными свойствами обладают оксилы тугоплавких металлов? 3. Как получают оксид титана с губкообразной пористой структурой? 4. Как получают оксид титана с иаиотрубчатой структурой? 5.
Как получают и каковы свойства иаиоструктурироваииого оксида вольфрама? 2 5. Фо ми рвание и свойства нанострукту и ованнмлмате иолов 179 6. Как получают и каковы свойства наноструктурированного оксида гафния? 7. Каковы области применения наноструктурированных оксидов тугоплавких металлов? 2.5.4. Углеродные неноотруктуры Углерод образует необычайно богатую гамму структурных модификаций. Долгие годы считалось, что ему свойственны только две кристаллические формы — алмаз, имевший кубическую структуру, и графит, имеющий гексагональную структуру. Теоретические и экспериментальные исследования второй половины ХХ века привели к открьггию новых структурных форм углерода. В 1960-е годы был открыт карбин4' — структура из линейных цепочек атомов углерода, упакованных в кристаллы за счет ван-дер-ваальсовых сил. Сегодня он широко используется в качестве основы углеродных волокон для сверхпрочных конструкционных материалов.
В это же время обращено внимание на то, что углерод может образовывать атомарные конструкции с выпуклыми поверхностями. Это привело к теоретическому предсказанию49, а затем и экспериментальному обнаружению новых структурных образований из атомов углерода, отличающихся наличием естественного нано- структурирования — фуллереновиг и углеродных нанотрубокз'. Их исследования активно продолжаются и сегодня. Однако для экспериментального изучения долгое время были доступны только трехмерные (графит, алмаз, карбин), одномерные (нанотрубки) н нульмерные (фуллерены) структуры из атомов углерода, хотя значительный интерес представляла и двухмерная углеродная структура — графен. Лишь в 2004 г. группа исследователей из Манчестера (Великобритания) и Черноголовки (Россия), получила его экспериментально", что сделало этот материал одним из самых привлекательных для наноэлектронных применений.
За эти работы В. В. Коргиак и др., О синтезе и свойствах полиапетилена, Дохл. АН СССР 136(6), 1342 (196! ); А. М. Сладков и др., Диплом на открытие )Чг 107 от 7 декабря 1971 г, (приоритет от 4 ноября 1960 г.). Е. Озими, Калайи (Куого) 2$, 854 — 863 (1970) — на японском языке. и. нг.
кто(о, Я. л сигб Я. е. Вталеу, л Я. неагп, с-60 ьисхт1пагеггииегепе, Ы а!иге 318, 162-163 (! 985). ж гд!та, Не!е)са1 ткгогпЬп1еа о(агармбс садюп, Ыапне 354, 56-58 (1991). к. ж Фотозе!от ег а!., 81есгпс бе!д елесг !п агопдсапу ййп сагьоп гг1гпа, Бс(енсе 306, 666-669 (2004); К. ж Потозе!от ег а!., Тио-д)тепе(опа) а!апис сгузга1а, Ргос.
Ыаг. Асад. Бс(. 102(30), !0451-10453 (2005). Гл а за 2. Менхгы формирования нанозлектронных структур А. Гейм и К. Новоселов в 2010 г. были удостоены Нобелевской премии по физике. В данном разделе будут рассмотрены особенности структурной организации и основные свойства углеродных наноструктур — графена (2Р), углеродных нанотрубок (11)) и фуллеренов (01)). 2.6.4. т. Графвн Графви Ягарйепе), от греч.
«писать, — слой атомов углерода, соединенных посредством зрз-связей в гексагональную двумерную кристаллическую решетку. Рис. 2.45 иллюстрирует формирование электронных орбиталей атомов углерода и кристаллическую структуру графена. Изолированный атом углерода в исходном основном состоянии имеет заполненные 11-, 2з'- и 2рз-электронные орбитали и свободную квантовую ячейку для электрона на р-орбитали. Перераспределение электронов между ними приводит к образованию устойчивого состояния 1лз2л'2грз.
Такой атом имеет четыре неспаренных электрона, и во внешнем электронном слое отсутствуют как свободные квантовые ячейки, так и неподеленные электронные пары. Электронное строение атома углерода и расположение посередине шкалы электроотрицательностей обусловливают его уникальные свойства, благодаря которым существует огромное многообразие органических соединений. ;вав.,«4:;в...,;,фЪа..,А,:,.;зйг« -я.х;яз: '~я.,; Аа«Р«4(о..;.Дн,Дфоп,"Д% .яо, «,, .".йе«,:,.йг«,«дз«. у',.:" '::' 'з' А дг,:~~-,,4 ..А... 'Ф" "-вгг" "'Ф"' '«р" ' '(~'" " Рис. 2.45.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
