Введение к работе
Актуальность работы. Новый этап в развитии радиоэлектроники и компьютерных технологий связан с дальнейшей миниатюризацией отдельных элементов интегральных схем. Поэтому изучение свойств наноразмерных объектов и создание на их основе новых материалов, обладающих уникальными свойствами, представляется актуальным.
Объяснить интерес к нанообъектам можно тем, что уменьшение материалов до нанометровых размеров приводит к проявлению в них так называемых «квантово-размерных эффектов», когда размеры исследуемых объектов сравнимы с длиной де-бройлевской волны электронов, фононов и экситонов. Одной из главных причин изменения физических и химических свойств малых частиц по мере уменьшения их размеров является рост относительной доли «поверхностных» атомов, находящихся в иных условиях (координационное число, симметрия локального окружения и т.п.), нежели атомы внутри объемной фазы. С энергетической точки зрения уменьшение размеров частицы приводит к возрастанию роли поверхностной энергии.
В настоящее время уникальные физические свойства наночастиц, возникающие за счёт поверхностных или квантово-размерных эффектов, являются объектом интенсивных исследований. Особое место в этом ряду занимают магнитные характеристики наночастиц; здесь наиболее отчётливо выявлены различия (иногда очень существенные) между компактными магнитными материалами и соответствующими наночастицами и создана теоретическая база, способная объяснить многие из наблюдаемых эффектов.
С энергетической точки зрения уменьшение размеров частицы приводит к возрастанию доли поверхностной энергии, в связи с чем наноразмерные частицы способны эффективно взаимодействовать практически с любыми химическими соединениями, поэтому говорить о наночастицах без упоминания стабилизирующей среды нецелесообразно. Стабилизация наночастиц в полимерных матрицах имеет ряд преимуществ. Получаемые материалы отличаются не только максимально равномерным распределением частиц металлов в объеме полимера, но и прочностью химического взаимодействия металлсодержащей наночастицы с полимером.
В связи с этим целью работы является разработка управляемого метода синтеза нового композитного материала на основе наночастиц оксидов и сульфидов d-металлов в инертной полимерной матрице, а также исследование их электрофизических и люминесцентных свойств.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
разработать методику получения композиционных материалов на основе изолированных друг от друга наночастиц сульфида кадмия, оксидов марганца, железа и металлического серебра;
разработать методику получения композитных материалов, где дисперсная среда представлена двумя различными фазами;
исследовать зависимость размера, состава и строения наночастиц в матрице карбоцепных полимеров от химической природы полимера;
провести исследования удельной проводимости и диэлектрической проницаемости, а также люминесцентных характеристик полученных материалов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработана методика получения полимерных композитных материалов, на основе наночастиц сульфидов кадмия и цинка, в матрице ПЭВД и УПТФЭ синтез осуществлялся при термическом разложении тиокарбамидного комплекса соединений металлов с координационным числом (IV).
-
Доказано, что методика позволяет управлять размером получаемых НРЧ, а также фазовым составом НРЧ MeS, где Me-Cd, Zn.
-
Получены композитные материалы, где дисперсная среда представлена наночастицами как сульфидов кадмия и цинка, так и соединений сульфидов с серебром.
-
Установлены закономерности электрофизических, диэлектрических свойств материалов в зависимости от концентрации наночастиц в матрице ПЭВД.
-
Показано, что разработанная методика позволяет синтезировать нанокомпозиты с изменяемыми люминесцентными свойствами.
Практическая значимость данной работы состоит в получении новых нанокомпозитных материалов на основе полупроводникового материала оксидов и сульфидов d-металлов в матрице полиэтилена высокого давления. Синтезированные наноматериалы могут найти широкое применение для разработки различных устройств микро-, нано- и органической электроники, поскольку свойствами наночастиц и материалов на их основе можно управлять посредством изменения различных параметров, таких как средний размер частиц, их концентрации в матрице.
На защиту выносятся следующие результаты и положения:
1) Методика получения полимерных композитных материалов на
основе наночастиц сульфидов кадмия и цинка в матрице ПЭВД и УПТФЭ.
Синтез осуществлялся при термическом разложении тиокарбамидного
комплекса соединений металлов с координационным числом (IV) с целью
получения нанокомпозитов с наименее дефектной структурой.
2) Методика получения композитных материалов, где дисперсная среда
представлена двухфазовым составом НРЧ CdS+ZnS, CdS+Ag в матрице
ПЭВД и УПТФЭ.
-
Способ управления размером и фазовым составом дисперсной среды НРЧ сульфида кадмия и цинка в матрице ПЭВД и УПТФЭ от условий синтеза.
-
Результаты исследований люминесценции композитов в видимой и ближней УФ-области спектра на основе однофазных НРЧ CdS, ZnS в матрице ПЭВД и УПТФЭ, двухфазных НРЧ CdS+ZnS в матрице ПЭВД и УПТФЭ и двухфазных НРЧ CdS+Ag в матрице ПЭВД.
-
Электрические свойства композитов на основе однофазных НРЧ CdS, Ag, Fe203> двухфазных НРЧ CdS+ZnS, CdS+Ag матрице ПЭВД.
Апробация работы. Работа выполнена на кафедре «Химия»
Саратовского государственного технического университета в период
2005-2008 гг. Результаты диссертационной работы были доложены и
обсуждены на: XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии
(Москва, 2007); 6-й, 7-й и 8-й Международных научных конференциях
«Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии»
(Кисловодск, 2006, 2007, 2008); 1-й и 2-й 3-й конференциях молодых
ученых «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика» (Саратов,
2006, 2007, 2008); 4-й Международной конференции «Композит - 2007»
(Саратов, 2007); Четвертой Санкт-Петербургской конференции
«Современные проблемы науки о . полимерах» (Санкт-Петербург, 2008);
7-й, 8-й, Международных конференциях «Харьковская
нанотехнологическая ассамблея» (Харьков, Украина, 2006-2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, из них 1 в журнале, рекомендованном ВАК РФ.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранты: № 04-03-32597-а и 06-08-01011-а) и гранта Минвуза РФ № рнп 2.1.1.8014.
