Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Перспективы развития электрохимических производств в республике придают новый импульс исследованиям н разработке новых электродных материалов, характеризующихся высокими технологическими -драметрами. С учетом ограниченности природных ресурсов, а также".юлного отсутствия некоторых из них особую остроту приобретает проблема сокращения содержания благородных металле, j в анодных композиционных материалах. В свете изложенных задач представляет интерес.дальнейшее изучение особенностей формирования каталитически активных композиций на поверхности титановых анодов с применением современных методов модификации твердых тел. в частности. . ионной ^.плантации. Этот метод поверхностного легирования материалов-ширино применяется в настоящее время в пооизводственных отраслях, характери.?1 тощихся высоким уровнем развития технологии,. что не умаляет значения дальнейших исследований многочисленных физических и химических аспектоо введения " легирующего элемента посредством ионного внедрения в различные подложки.
Кроме того, данные, описывающие поведение платиновых металлов в окенднотитановой матрице о различных условиях, представляет интерес в связи с ее ераенствованием аналогичных каталитических систем на полупроводниковых носителях, содержа-чх высокодисперс-нье истицы благородных металлов. Такие катализаторы могут использоваться не только для традиционных процессов, превращений органических веществ, но и для различных фотохимических, а также фотоэлектрохимических процессов.
В цея^м, на современной этапе развития науки и технологии изучение тонких полупроводниковых пленок, в том числе, легированных, представляет как самостоятельиув фундаментальную задачу, так и перспективную прннлзднуэ пробяену d радш. например, кнтенсиз-ко развивающейся иакоэлектрошпш. а тгкзе в связи с активной разработкой м"чиатврных сенсорных датчиков и других электронных уст-0 роиста. Специалиста этих областей уделяют значительное внимание окскднотитанови.1 слоям.
Работа выполнялась а pretax крупных _нгучных программ союзйЬ-~пг.и республиканского значения, сред» которых "исследование электрофизических и электрохимических свойств оксидных полупроводниковых материалов" (ГБ 88-19). "Разработка теоретических c;-v нов. зкеперииентальная проверка и промышленное освоение процессов
утилизации цветных металлов и. отходов химико-гальванической обработки поверхнглти" <Г5 3-91), "Химические проблемы экологии, химической безопасности", энергосбережения'и рационального использования материалов и сырья" (ГБ 94-026), .
Цель исследования заключалась в выявлении закономерностей ионно-лучевого легирования оксидных пленок на титане платиновыми металлами, а именно платиной и палла-чем, а также в установлении особенностей поведения . ионно-легированных анодов в различных электрохимических процессах в свете перспективы снижения пассивности окисленного титана в анодных процессах. Достижение поставленной цели осуществлялось с помощью исследований электрохимических свойств сформированных анодов в процессах выделения кислорода, а также хлоріі; исследований количественных и качественных показателей электрических характеристик контакта оксидной пленки с инородным полупроводниковым материалом; исследований электрофизических свойств леги рованного полупроводника в зависимости от условий формиргзания оксида и параметров легирования полупроводника; . изучения концентрационных профилей распределения легирующего элемента по толщине пленки и химического состояния внедренных атомов в матрице в зависимости от состава композиционной системы и воз, ?йствия на нее некоторых внешних факторов в частности, анодной по.тяриг ции.
Научная новизна полученных результатов. Получены данные о различном поведении анодов, легированных' платиной или палладием с применением ионно-лучевого внедрения; электрокаталитического компонента в исследование»' диапазоне интегральных доз введенных ионов, что связано с дифференцированным влйу.-ием легирующих элементов на электронные свойства; пленок, то есть в'большей степени с природой допирующей пр"меси,ча не с эффектами ионно-стимулироиан-ного разупорядоч^. іия структуры. имплантированного образца. Установлено, что при Ьдинаковоы распределении и содержании легирующего э.;;г-;іента в рксидиотитановой матрице платина уменьшает концентрацию элёктроноз.проводи!*зсти;в' полупроводнике,, одновременно увеличивая насыщенность «осителдми заряда внедренных металлических включений, v Палладий ;. споербствует частичному восстановлению пло-хопроводящёгб; диоксида!титана. <однако, проявляя повышенную подвижность в окислі^ельно-всюстановительньїх взаимг действиях, не выполняет донорных функций в условиях наложения анодного потенциала. Кроме того, зафиксировано/. что эффективное модифицирование электрохимической активности пассивных титановых анодов возможно
при поверхностно-объемном допирования оксидной пленки, что обеспечивает преодоление потенциального барьера области пространственного заряда (ОПЗ) на границе электрод - электролит.
Предложена математическая модель описания вольтфарадных зависимостей полупроводниковой пленки с учетом неоднородности распределения глубоких дояорны.. уровней (при однородном распределении мелких доноров) и полевой иони-чцк.'. доноров по механизму Френкеля-Пула.
Практическая зк'чимосп.. Полученные результаты представляют собой дальнейшее Развитие преде ґавлений об электрофизических и электрохимических свойствах ионно-леї .-фованных оксиднотитановых композиций. Обнаруженные закономерности модифицирования полупроводниковых пленок платиновыми металлами лс золяют оптимизировать, легирующие эффекты при формировании электродных систем, включающих микроколичества благородных металлов; с целью экономии дорогостоящих дефицитных компонентой.
Вместе с там, представленные данные могут быть использованы при разработке новых катализаторов органического и неорганического синтеза, а также в фотоэлектрохи.мии. Учитывая особый интерес современных ,ченых различных отраслей физики и хиі....и к пленочным материалам, проведенные исследования могут быть привлечены при создании устройств с тскослойными функциональными элементами, в частности, в эле :тронной технике, при разработке "оррозионностей-ких материалов, а также солнечных батарей.
На защиту выносятся:
обнаруженные особенности электрохимического поведения ионно-легированны.. анодов в процесс.; выделения кислорода, а также хлора, обусловленные различным влиянием легирующих элементов на процессы электропере: :оса в системе электрод-электролит;
закономерности взаимного влияния внедренных ионов и компонентов полупроводниковой штр'.Щй на их электронные свойства, что является следствием как донорно-акцепторного взаимодействия легирущего элемента с оксидом, так и иокно-стимулированного ра-зупорядочения поверхностного слоя имплантированных образцов;
математическая модель зависимости дифференциальной емкости -от потенциала электродной ^системы, учитывающая гауссово расгР ределение донорных электронных уровней по-толщине полупроводника. аТакже полевую ионизацию доноров по механизму Френкеля-Пула;
предложенные подходы к модифицированию пассивных оксидныг -пленок на титане платиновыми металлами с целью повышения эффекти-^*
вности анодных процессов.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались ка 1~есоюзной научно-практической конференции м Теория и практика электрохимических процег-сов и экологические аспекты их использования" (Барнаул. 1990), на международном симпозиуме по калориметрии и химической термодинамике (Москва, 1991), на ежегодных, научно-технических конференциях БГТУ ''Минск, 1989, 1990. 1993). По материалам диссертации опубликовано шесть печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, выводов, списка использованных источников и приложения. Общий объем диссертации составляет 161 страницу, в том числе 33 рисунка, 8 таблиц, а.так- ве одно приложение, включающее 6 страниц. Списик использованных источников состоит из 283 наименований.
