Автореферат (1145498), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Пиковые плотности тока составляют единицы мА/см2 и растут сувеличением времени лазерно-индуцированного осаждения, что связаноувеличением количества осажденных наночастиц.29бавгРисунок 13 (а) Изображение СЭМ наномембраны с осажденныминаночастицами, (б) сечение наномембраны с осажденными наночастицами, (в)EDX анализ наночастиц, (г) циклические вольтамперограммы, измеренные наобразцах НПАОА с Au-Ag/C НЧ, осажденными в течение 30 – 70 мин, в водныхрастворах глюкозы.Однако при времени лазерно-индуцированного осаждения более 70 минпроисходит зарастание пор мембраны НПАОА и формирование однороднойповерхности из сильно агломерированных наночастиц, что приводит к резкомууменьшению удельной площади поверхности образца и, как результат, падениюэффективности электрохимической реакции.Таким образом, представленные результаты свидетельствуют о том, чтолазерно-индуцированное осаждение позволяет создавать Au-Ag/C наночастицынаповерхностинанопристогоанодированногооксидаалюминия,представляющего собой систему прямых параллельных цилиндрических пор схорошо контролируемыми длиной и диаметром.
Полученные структурыдемонстрируют высокую эффективность с точки зрения электрохимическогоокисления глюкозы, что может представлять интерес при создании прямыхтопливных элементов, способных преобразовывать органические отходы вэлектрическую энергию. Кроме того такие особенности полученных структуркак малые размеры и при этом их высокая удельная площадь поверхности могутпредставлять интерес для так называемых имплантируемых топливныхэлементов, которые работают на компонентах крови.Полученные при выполнении настоящей работы нанопластиныграфеноподобного многослойного кристаллического гидрогенизированогоуглерода, интеркалированного биметаллическими нанокластерами, являются30уникальными структурами как в силу особой аллотропной модификацииуглеродной фазы, так и благодаря внедрению металлических плазмонныхнаночастиц в межслоевое пространство.Предварительные исследования, проведенные с использованиемоптической поляризационной микроскопии, продемонстрировали, чтополученные гибридные Au-Ag/C планарные наноструктуры обладаютдвулучепреломлением.
На рисунке 14 представлены изображения нанопластин,полученных с использованием поляризационного оптического микроскопа.Направление поляризации света показано стрелкой. Как видно из рисунка, приповороте нанопластины относительно поляризованного оптического излучениянаблюдается как погасание, так и просветление исследуемого объекта, чтосвидетельствует о его оптической анизотропии (двулучепреломлении), крометого пространственная однородность изображения на стадии просветлениясвидетельствует в пользу того, что исследуемые гибридные нанопластиныявляются монокристаллическими объектами.Рисунок 14 Кросс-поляризационная оптическая микроскопия гибридныхAu-Ag/ С планарных наноструктурСогласно проведенным расчетам величина двулучепреломления гибридныхнанопластин составляет 0.102±0.004. Отметим, что графен демонстрирует тольконаведенное двулучепреломление при приложении внешнего электрическогополя.
Полученные результаты свидетельствуют о высокой анизотропииструктуры и свойств гибридных Au-Ag@C графеноподобных нанопластин,кроме того большое значение двулучепреломления может свидетельствовать нетолько о структурной анизотропии углеродной фазы, но и влиянииметаллических нанокластеров на величину двулучепреломления.Кроме того, под воздействием сфокусированного ионного пучка (СИП) врезультате локальной резки/модификации гибридных металл/углеродныхпланарных наноструктур была продемонстрирована возможность созданиясубволновыхэлементов(метаэлементов),имногокомпонентныхметаповерхностей, т.е. матаматериалов нового типа, позволяющих осуществлятьуправление светом в субволновом масштабе, что представляет интерес дляприменения в микро- и нанофотонике.
На рис. 15 (а-в) показаны изображенияэлементов, которые были получены из гибридных планарных наноструктур в31результате локального воздействия сфокусированным гелий-ионным пучком(СИП).Так, например, была продемонстрирована возможность созданияэлементов (прямоугольных отверстий) в гибридных Au-Ag/C планарныхнаноструктурах толщиной 15 нм с пространственным разрешением 18 нм (рис15а). Другой пример гибридной планарной наноструктуры с нанесеннымизображением представлен на Рис.
15б. Следует отметить, что формированиефункциональных элементов из гибридных Au-Ag/C планарных наноструктурможет быть получено не только с помощью локальной резки сфокусированнымионным пучком, но и за счет локальной модификации их свойств (рис. 15в).Причиной такой модификации может быть локальное изменение проводимостии/или работы выхода электрона, что предполагает изменения электроннойструктуры полученных нанопластин, однако обнаруженные процессымодификации структуры и свойств требуют дальнейших исследований.бавРисунок 15. Изображения модифицированных гибридных Au-Ag@C планарныхнаноструктур, полученные с помощью гелий-ионного микроскопа: (a), (б)планарные наноструктуры, разрезанные с помощью ионного луча, (в) локальнаямодификация гибридной Au-Ag@C планарной наноструктуры с помощью гелийионного пучка.Таким образом, продемонстрировано, что воздействие гелий-ионного пучка нагибридные металл/углеродные нанопластины позволяет создавать сложныемногофункциональные планарные элементы, отдельные метаэлементы илиметаповерхности не только с помощью традиционной ионной резки, но и врезультате локальной модификации.
Комбинация заданной архитектуры илокальной модификации свойств элементов, на основе гибридных нанопластинможет предложить совершенно новый подход для создания оптическихустройств с изменяемыми характеристиками в нанормазмерных областях.Особенностью подхода, разработанного в диссертации, являетсяформирование гибридных наноструктур на поверхностях любого типа врезультате лазерного воздействия на границу раздела подложка/растворсупрмолекулярных комплексов.
Интересной демонстрацией возможностейданного метода является формирование гибридных Au-Ag/C наночастиц наповерхности нанокристаллических люминофоров. В данном случаекристаллические люминесцентные наночастицы играют роль «подложки» длялазерно-индуцированного осаждения гибридных наночастиц. Подобныеструктуры – люминесцентные наночастицы с металлическими наночастицами на32поверхности демонстрируют плазмонно-усиленную люминесценцию ипредставляют интерес в качестве люминесцентных меток для локализацииатипичных клеток в биологических тканях. Экспериментальная реализацияпроцесса лазерно-индуцированного осаждения гибридных металл/углеродныхнаночастиц на поверхность люминесцентных наночастиц заключалась ввоздействииизлученияHe-Cdлазеранаколлоидныйраствор3+в дихлорэтане с добавлениемнанокристаллических частиц YVO4:Euсупрамолекулярного комплекса C23Ag. В результате описанного процесса наповерхности нанокристаллических люминофоров происходит формированиегибридных металл/углеродных наночастиц размер которых составляет 10 – 20 нм(рис.
16а), согласно данным EDX анализа полученные структуры содержатэлементы, соответствующие нанокристаллическим частицам ванадата иттрия игибридным плазмонным Au-Ag/C наночастицам (рис. 16б). Наличие Al и Oсвязано с сигналом от подложки, на которую были помещены наночастицы дляполучения СЭМ изображений.абРисунок 16 (а) СЭМ изображения люминесцентных кристаллическихнаночастиц (YVO4:Eu3+) с осажденными на поверхности Au-Ag/Cнаночастицами, (б) EDX спектр наноструктур.Представленный в диссертации комплекс исследований позволил с единыхпозиций провести последовательный анализ процессов формированиятвердофазных веществ в результате воздействия лазерного излучения как нагомогенные (растворы солей металлов и металлоорганических комплексов), таки на гетерогенные системы (граница раздела твердое тело/раствор) в различныхрежимах воздействия – термохимическом и фотохимическом.
Главнымрезультатом такого систематического рассмотрения стало обнаружение новогокласса эффектов – лазерно-индуцированного разложения гетерометаллических33супрамолекулярных комплексов в условиях фотохимического воздействия нарастворы указанных комплексов и последующего формирования твердофазныхвеществ, представляющих собой гибридные металл/углеродные наноматериалы.Впервые изучены процессы деструкции метеллоорганических комплексов подвоздействием низкоинтенсивного лазерного излучения, впервые синтезированытаким способом твердофазные наноматериалы и исследованы их физикохимические свойства.
В результате проведения исследований получен новыйгибридный кристаллический металл/углеродный наноматериал, обладающийуникальными оптическими свойствами. На базе проведенного систематическогоанализа фотохимических процессов в растворах гетерометаллическихсупрамолекулярныхкомплексовразработанорешениепроблемыконтролируемого синтеза гибридных аморфных и кристаллическихметалл/углеродных наноматериалов с заданными характеристиками.Основные выводы диссертации могут быть сформулированы следующимобразом:1. Впервые установлены и подтверждены экспериментально стадиитермохимических процессов, приводящих к получению металлической фазы врезультате воздействия лазерного излучения на гетерогенные системыподложка/раствор электролита: локальный нагрев раствора электролита доотносительно невысоких температур, следствием чего является образованиезародышей металла на поверхности подложки; последующий нагревгетерогенной системы до температур порядка сотен градусов Цельсиявследствие эффективного поглощения лазерного излучения осажденнойметаллической фазой, результатом чего является последующий рост зародышейи образование сплошного слоя металла.
Продемонстрировано, что воздействиелазерного излучения на растворы электролитов, содержащие соли различныхметаллов, позволяет получать биметаллические структуры даже в случаебольшого различия восстановительных потенциалов соосаждаемых металлов.2. Обнаружено, что воздействие лазерного излучения на растворыгетерометаллическихсупрамолекулярныхкомплексовприводиткформированию твердофазных соединений – гибридных металл/углеродныхнаноструктур.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
