Диссертация (1149201), страница 10
Текст из файла (страница 10)
В рамках данноймодели могут быть интерпретированы большое количество экспериментов поструктуре аморфного углерода с использованием КРС спектроскопии. Приэтом влиянием водорода на структуру пленок можно пренебречь, посколькуколебательные моды C-H не вносят ощутимого вклада в G- и D- полосыспектра.В рамках рассматриваемой модели [156] была определена такназываемая «траекторная аморфизация структуры», состоящая из трех стадий(рисунок 3.14):ГрафитНанокристаллическийграфит (nc-G)Аморфный алмазоподобный(tetrahedral) углерод (ta-C)Рисунок 3.14 – траекторная аморфизация структуры согласно моделиФеррари-Робертсона.В конце третьей стадии остается около 85% аморфной алмазоподобнойsp3фазы. Если стадия 1 соответствует последовательному уменьшениюразмеров графитовых кристаллов, в которыхароматические кольцасохраняют свою форму, то стадия 2 соответствует топологическомуразупорядочению кристаллической структуры графита и, соответственно,уменьшению количества связей ароматического типа [156].В нашем случае наличие D-полосы, с которой связана так называемая«дыхательная мода» колебаний, говорит о том, что исследуемая углеродная85фаза содержит ароматические кольца.
Из соотношения интенсивностей D иG пиков согласно [156] можно установить степень аморфизации полученногоуглерода в зависимости от соотношения интенсивностей I(D)/I(G). В случаенашихнаноструктурI(D)/I(G)=0,75,получаем,чтоуглерод,попредложенной в [156] трехступенчатой теории находится во второй фазе, впереходном состоянии от нанокристаллического графита до аморфного a-C:Hуглерода. При этом в состав углеродной пленки согласно градуировочнойкривой (3.13) входит 12% sp3 гибридизированного углерода. Характерныеразмеры графитоподобных кластеров в наноструктурах, рассчитанные изкалибровочной кривой [125], составляют 8-12 Ǻ.Данные полученные при помощи КРС и ИК спектроскопии полностьюсогласовываются и подтверждают сделанные выводы.Выводы: Делая вывод из приведенных выше результатов можносделать вывод о том, что полученные наноструктуры - это гибридныеструктуры, которые представляют собой углеродную матрицу, в которуювнедрены гетеорометаллические Au-Ag наночастицы.
Углеродная матрицапредставляетсобойаморфныйгидрогенизированныйуглерод,сграфитоподобными кластерами размером ~ 12Ǻ, а так же с содержанием sp3гибридизированногоуглеродагетерометаллическойнаночастицы~12%.представленаМодельнагибриднойрисунке3.15.Металлические кластеры размером 3-5 нм стохастически распределены вуглеродной матрице, размер матрицы может варьироваться в широкихпределах от 20 до 300 нм в зависимости от условий эксперимента.86Рисунок 3.15 - модель гибридной C-Au-Ag наноструктуры.87Глава 4. Оптические и функциональные свойства гибридных С-Au-Agнаноструктур4.1 Влияние условий формирования на свойства наноструктур4.1.1 Влияние дозы лазерного воздействия на свойства наноструктурИсследование влияния дозы лазерного воздействия на формированиегибридных наноструктур проводилось при различных мощностях лазерногоизлучения и времени воздействия.
Обнаружено, что доза лазерноговоздействия оказывает влияние на количество и морфологию получаемыхнаноструктур. На рисунке 4.1 представлены графики зависимости количествананоструктуротмощностилазерногоизлучения(рис.4.1а)прификсированном времени облучения 10 мин и от времени воздействия (рис.4.1б) при фиксированной мощности лазерного излучения 15 мВт.(а)(б)Рисунок 4.1 - Графики зависимости (а) количества наноструктур отмощности лазерного излучения при времени облучения 10 мин, (б)количества наноструктур от времени воздействия при мощности лазерногоизлучения 15 мВт.Формирование гибридных наноструктур при облучении ксеноновойлампой с выделенной длиной волны не наблюдалось, в отличие от88использования лазерного излучения.Предположительно, это связано снедостаточной интенсивностью лампового источника фотонов в узкомспектральномдиапазонеи,какследствие,низкойвероятностьюформирования наноструктур.
Косвенно это подтверждается зависимостьюколичества образующихся наночастиц от мощности лазерного излучения(рисунок 4.1б). Как видно из рисунка, процесс формирования являетсянелинейным и при малых мощностях лазерного излучения вероятностьформирования наноструктур в большей степени зависит от мощностилазерного излучения, чем при мощностях больших 5 мВт.На рисунке 4.2 представлены микрофотографии гибридных структур,полученных при различных дозах лазерного воздействия на поверхностидиэлектрической подложки (покровное стекло).Рисунок 4.2 – микрофотографии нанострукртур, полученных при дозахоблучения: а) 6 Вт*с/м2, б) 30 Вт*с/м2, в) 60 Вт*с/м2, г) 90 Вт*с/м2 [A6].С использованием полученных микрофотографий было определенораспределение наночастиц по размерам для всех доз облучения (рисунок 4.3).Как видно рисунка 4.2, при дозе 6 Вт*с/м2 происходит формированиеразрозненных НЧ на поверхности подложки.
Увеличение дозы лазерного89воздействия на раствор металлоорганическиого комплекса приводит кобразованию более плотной упаковки гибридных наноструктур, при этомсущественно не влияет на размер формируемых частиц. При дозе облученияравной 60 Вт*с/м2 на поверхности подложки образуется пористая пленка,которая покрывает всю область лазерного воздействия.
При больших дозахлазерного излучения (от 90 Вт*с/м2) наблюдается агломерация наночастиц,что приводит к увеличению их размера, пленка становится сплошной (порыОтносительное содержание, %353025201510505101520253035404550Размер частиц, нм353025201510505101520253035404550Размер частиц, нм6 Вт*с/см230 Вт*с/см2Относительное содержание, %Относительное содержание, %исчезают).60 Вт*с/см2252015105020 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80Размер частиц, нм90 Вт*с/см2Рисунок 4.3 – Распределение синтезированных наночастиц по размерамв зависимости от дозы облучения.90На рисунке 4.4 представлены спектры поглощения полученныхнаноструктур в зависимости от дозы лазерного облучения при синтезе.Наличие широкой полосы в спектре связано с плазмонным поглощениемметаллических наночастиц.Рисунок 4.5 Спектры поглощения гибридных наночастиц, в зависимости отдозы лазерного облучения [A8].Коэффициент поглощения определяется оптическими свойствамиобъемного металла, размером частиц, свойствами поверхности, на которойонивозбуждаются, идиэлектрическимисвойствами среды(воздух,адсорбированная пленка).
Увеличение интенсивности пика поглощения сувеличением дозы облучения свидетельствует об увеличении концентрацииметаллических наночастиц, и толщины самой пленки (от 20 до 200 нм).4.1.2 Влияние отжига на свойства наноструктурОбнаружено, что отжиг при нормальных условиях осажденныхнаноструктур оказывает влияние на их состав, размер и морфологию. Нарисунке 4.6 представлены микрофографии осажденных наноструктур при91дозе облучения 120 Вт*с/см2 (большая доза облучения выбрана изсоображений получения более толстой пленки на поверхности подложки)(4.6а), а также отожженных при температурах от 100 до 3000С (4.6 б-е).Рисунок 4.6 – микрофотографии наноструктур, отожженных приразличных температурах.92Рисунок 4.7 Распределение наноструктур по размерам в зависимости оттемпературы отжига.Как видно из микрофотографий (рисунок 4.6) и распределениям поразмерам (рисунок 4.7) в результате отжига происходит изменениеморфологии наноструктур.
Увеличение температуры отжига до 2000Сприводит к образованию мелкодисперсной структуры. Средний размернаноструктур меняется от исходных 250 нм до 50 нм при 200 0С.Притемпературах 200 - 3000С наноструктуры начинают сплавляться, образуякластеры большего размера до 100 нм.Для изучения влияния отжига на состав гибридных наноструктур былаиспользована энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия. На основеанализа полученных спектров энергетической дисперсии наноструктур былипроведены оценки количественного содержания золота, серебра и углерода в93гибридных наноструктурах в зависимости от температуры отжига. Всеизмерения проводились с образцов без дополнительного углеродногопокрытия, заряд был скомпенсирован при помощи азота.
Спектрыэнергетической дисперсии регистрировались для трех энергий электронногопучка: 10, 15 и 20 кэВ. Количественный анализ состава гибридныхнаноструктур был выполнен в соответствии с процедурой PAP (Pouchou иPichoir) описанной в [158]. Первое приближение было сделано сиспользованиемупрощеннойXPP-процедуры.Затемконцентрацииэлементов в тонкой пленке были нормированы. Состав гибридныхнаноструктур был получен из независимых измерений и расчетов сиспользованием XPP-процедуры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
