Введение к работе
Актуальность работы. Получение наноразмерных пленок различных материалов, выяснение природы и закономерностей процессов, протекающих под действием различных энергетических факторов, представляют значительный интерес как для физики и химии твердого состояния и общей теории гетерогенного катализа, так и в связи с необходимостью разработки реальных систем с управляемым уровнем чувствительности к различным внешним воздействиям. В настоящее время тонкие пленки используются во многих отраслях промышленности, в частности, в производстве оптических приборов (просветляющие покрытия и многослойные интерференционные системы), в микроэлектронике (пассивные и активные элементы), в авиакосмическом приборостроении (терморегулирующие покрытия). Среди разнообразных неорганических материалов особое место занимает оксид вольфрама (VI). Оксид вольфрама (VI) и системы на его основе привлекают внимание исследователей различного профиля. Оксид вольфрама (VI) используется для получения вольфрама, его сплавов, многих других соединений вольфрама, применяется как составная часть керамических глин, глазурей, эмалей и красителей. Его используют в качестве катализатора в органическом синтезе, при переработке нефти (крекинг, гидроочистка, риформинг). Устройства на основе оксида вольфрама (VI) могут быть рекомендованы к использованию в качестве электрохромных и фотохромных дисплеев, электрохромных зеркал или светоперераспределяющих фильтров, сенсоров для контроля содержания газов в атмосфере. Основными регулирующими (регистрирующими) элементами в этих устройствах являются тонкие пленки оксида вольфрама (VI).
Свинец благодаря комплексу положительных свойств (пластичность, низкая температура плавления, коррозионная стойкость и др.) широко применяется в различных областях науки, техники, промышленности. Примерно треть выплавляемого свинца идет на производство аккумуляторов. В химической промышленности свинец расходуется, в частности, на получение тет-раэтилсвинца. В качестве конструкционного материала свинец применяется в целях радиационной защиты, для изготовления обечаек и плакирующих покрытий химических аппаратов, защитных покрытий кабелей и электродов аккумуляторов. Оксид свинца применяют в производстве стекол с высоким показателем преломления, а тонкие свинцовые слои, «просветленные» оксидом, могут применяться для изготовления теплоотражающих покрытий. Создание контактов свинца со светочувствительными материалами приводит к изменению фоточувствительности последних. Отмеченная практическая ценность, а также отсутствие к настоящему времени в отечественной и зарубежной литературе информации о систематических исследованиях влияния размерных эффектов на оптические свойства систем на основе оксида вольфрама (VI) и свинца ставят правомерной и своевременной задачу комплексного исследования наноразмерных пленок оксида вольфрама (VI), свинца и систем на их основе.
Целью настоящей работы является исследование закономерностей процессов, протекающих в условиях атмосферы в наноразмерных пленках оксида вольфрама (VI), свинца различной толщины и системах на их основе при воздействии тепла и света.
Для достижения цели решались следующие задачи:
Установить основные закономерности влияния толщины наноразмерных пленок оксида вольфрама (VI), свинца и последовательности нанесения пленок, температуры (Т = 423-573 К) и времени тепловой обработки на оптические свойства пленок W03, Pb, систем W03 - Pb, Pb -W03 в атмосферных условиях.
Исследовать кинетические закономерности процессов в индивидуальных наноразмерных пленках оксида вольфрама (VI), свинца различной толщины и системах на их основе в процессе тепловой обработки (Т = 423-573 К).
Исследовать кинетические закономерности процессов в индивидуальных наноразмерных пленках оксида вольфрама (VI) и свинца различной толщины в процессе воздействии света (I = (1,5-7)-1015 квант-см~2-с-1).
Определить значения термоэлектронных работ выхода до и после предварительного прогрева (Т = 550 К) наноразмерных пленок свинца, оксидов свинца (II) и вольфрама (VI) при различных внешних условиях (Р= 1-Ю5, 1-10_5Па;Т = 293К).
Установить качественный состав продукта, образующегося в процессе термообработки наноразмерных пленок свинца.
Связь темы работы с планами НИР. Работа проводилась в соответствии с планом научных исследований ГОУ ВПО КемГУ. Работа выполнялась по заданию Минобразования РФ в рамках заказ-наряда № 5, поддержана грантом Президента РФ для поддержки ведущих научных школ РФ НШ-20.2003.3.
Научная новизна работы
1. Проведены систематические исследования влияния тепла и света на оп
тические свойства наноразмерных пленок свинца, оксида вольфрама (VI) раз
ной толщины в атмосферных условиях, а также изучены кинетические осо
бенности термо - (Т = 423-573 К) и фотостимулированных (I = (1,5-7)-1015
квант-см"2-с-1) превращений в диапазоне Х = 190-1100 нм. Обнаружен эффект
восстановления наноразмерных слоев оксида свинца (II) на поверхности пленок свинца в процессе воздействия света.
Впервые проведены систематические исследования оптических свойств до и после термической обработки наноразмерных систем W03 - Pb, Pb -W03 (с разным соотношением толщины слоев) и кинетических особенностей термопревращений при различных температурах Т = 423-573 К в диапазоне X = 190-1100 нм; для систем Pb -W03 впервые обнаружен «эффект просветления».
Проведены исследования кинетических закономерностей изменения массы наноразмерных пленок свинца при различных температурах термооб-
Подписано к печати 10.05.2011 г. Формат 60*84Vks. Печать офсетная. Бумага офсетная № 1. Уч. изд. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ № 54.
ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет».
650043, г. Кемерово, ул. Красная, 6.
Отпечатано в типографии ООО «Издательство «Кузбассвузиздат».
650043, г. Кемерово, ул. Ермака, 7. Тел.: (3842) 58-29-34
темах PbO - Pb I С. В. Бин, С. М. Сирик, Э. П. Суровой // Ползуновский вестник. - 2009. - № 3. - С. 224 - 228.
5. Surovoi, Е. Р Photocemical transformations in nanosize WO3 layers I
E. P Surovoi, S. V. Bin, N. V. Bonsova II Изв. вузов. Физика. - 2009. - T 52. -
№ 8/2. - С. 227 - 230.
Суровой, Э. П. Восстановление наноразмерных слоев оксида свинца под действием света / С. В. Бин, Н. В. Борисова, Э. П. Суровой // Коррозия: материалы, защита. - 2009. - № 11. - С. 1-6.
Бин, СВ. Влияние предварительной активации на оптические свойства наноразмерных слоев WO3 / СВ. Бин, Н.В. Борисова, Э.П. Суровой, Г. О. Еремеева, А. И. Мохов // Ползуновский вестник. - 2010. - № 3. -С. 188-192.
Суровой, Э. П. Фотостимулированные изменения в спектрах наноразмерных пленок W03 / Э. П. Суровой, С. В. Бин, Н. В. Борисова // Журнал физической химии. -2010. -Т. 84.-№8.-С. 1539-1543.
Суровой, Э. П. Термостимулированные изменения оптических свойств предварительно активированных наноразмерных слоев оксида вольфрама (VI) / Э. П. Суровой, С. В. Бин, Г. О. Еремеева // Изв. вузов. Физика. -2011.-Т. 54.-№1/3.-С. 252-258.
работки. Установлена корреляция между значениями степени превращения наноразмерных пленок свинца, полученные по результатам измерений кварцевого микровзвешивания и оптической спектроскопии в процессе теплового воздействия.
4. Определены значения контактных потенциалов (относительно платинового электрода сравнения) наноразмерных пленок свинца, оксидов свинца (II) и вольфрама (VI).
Практическая значимость работы. Полученные результаты могут служить основой для создания новых тонкослойных регистрирующих сред, индикаторов, термо- и светоотражающих и поглощающих покрытий, датчиков, а так же позволят прогнозировать и направленно изменять поведение наноразмерных пленок свинца и оксида вольфрама (VI) за счет образования двухслойных систем на их основе. Методы исследования и результаты работы используются в курсе лекций «Технология современных материалов», а также в лабораторном практикуме по курсу «Методы исследования неорганических материалов» для студентов кафедры неорганической химии химического факультета Кемеровского госуниверситета.
Основные положения, выносимые на защиту
Продуктом термопревращений наноразмерных пленок свинца в атмосферных условиях является оксид свинца (II) ((3-РЬО - желтого цвета (массикот)).
Изменение окраски наноразмерных пленок оксида вольфрама (VI) в процессе получения, термообработки и воздействия света обусловлено формированием центра - [(Va) е], с последующим его преобразованием в центр-[e(Va)^e].
Управление оптическими свойствами стеклянных подложек путем нанесения наноразмерных пленок оксида вольфрама (VI), свинца различной толщины, систем W03 - Pb и Pb -W03, термической обработкой и облучением образцов.
Оптические свойства гетеросистем W03 - Pb и Pb -W03 определяются толщиной и последовательностью нанесения пленок свинца и оксида вольфрама (VI), временем и температурой термообработки.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Международной научной конференции «Молодежь и химия» (Красноярск, 2004), Международной научно-практической конференции «Химия - XXI век: новые технологии, новые продукты» (Кемерово, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009), Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010), XXXII апрельской конференции посвященной 60-летию Победы в Великой Отечественной Войне (Кемерово, 2005), Всероссийской студенческой научно-практической конференции «Химия и химическая технология в XXI веке». (Томск, 2005, 2007), пятой межрегиональной научной конференции «Студенческая наука - эко-
номике России». (Ставрополь, 2005), третьей Всероссийской конференции молодых ученых «Фундаментальные проблемы новых технологий» в рамках Российского научного форума с международным участием Демидовские Чтения (Томск, 2006), Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Образование, наука, инновации -вклад молодых исследователей» (Кемерово, 2006, 2007, 2008, 2010), Всероссийской конференции «Полифункциональные химические материалы и технологии» (Томск, 2007), XI Всероссийской научно-практической конференции «Научное творчество молодежи» (Анжеро-Судженск, 2008), International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (Tomsk, 2008, 2010), International Scientific Conference «RADIATION-THERMAL EFFECTS AND PROCESSES IN INORGANIC MATERIALS» (Tomsk, 2008, 2010), Всероссийской конференции «Исследования и достижения в области теоретической и прикладной химии» (Барнаул, 2008, 2009, 2010), пятнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ-15» (Кемерово - Томск, 2009), 14 International Conference on RADIATION PHYSICs AND CHEMISTRY OF INORGANIC MATERIALS (Astana, 2009). Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2008, 2009, 2010).
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 12 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах из списка ВАК и 34 статьях в сборниках докладов международных научных конференций. Полный список публикаций по теме диссертации включает 46 наименований и включен в список литературы диссертации; основные из них приведены в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, основных результатов и выводов, списка цитируемой литературы из 129 наименований и содержит 159 страниц машинописного текста, включая 93 рисунка и 7 таблиц.
![Строение супрамолекулярных систем на основе амфифильных азотсодержащих соединений, а также тетра(метилвиологен)-каликс[4]резорцинарена по данным диффузионной ЯМР спектроскопии](/i/i/4371/285199.png "Строение супрамолекулярных систем на основе амфифильных азотсодержащих соединений, а также тетра(метилвиологен)-каликс[4]резорцинарена по данным диффузионной ЯМР спектроскопии Харламов Сергей Вячеславович")