Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0026

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0026
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет"
Название доклада
Нанодисперсные полупроводниковые широкозонные оксидные материалы с заданными оптическими, электрофизическими и физико-химическими свойствами
Докладчик
Жек Валентина Владимировна
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью настоящего проекта является разработка физико-химических основ технологии получения нанодисперсных
полупроводниковых широкозонных оксидных материалов с заданными характеристиками для оптики, микроэлектроники и
катализа.
Для достижения поставленной цели нужно решить следующие задачи:
-разработать методики химического анализа нанодисперсныхполупроводниковых оксидных материалов;
-исследовать физико-химические закономерности фазообразования в нанодисперсных оксидных системах Sn-Sb-O, Sn-Bi-0 и
In-S п-О;
-оптимизировать технологические условия получения нанодисперсных полупроводниковых широкозонных оксидных
материалов;
-разработать практические рекомендации по использованию полученных результатов в производстве функциональных
материалов с заданными оптическими, электрофизическими и физико-химическими характеристиками. Будут разработаны
режимы наиболее эффективного легирования оксидов элементами, повышающими в них концентрацию свободных носителей
заряда. В результате исследований будут разработаны технологические схемы синтеза сложных полупроводниковых оксидов,
наиболее благоприятные в экологическом отношении и позволяющие управлять концентрацией свободных носителей заряда
на разных этапах синтеза. Такие селективные покрытия могут найти широкое применение в
самолето- и судостроении, космической и гелиотехнике. Предназначаются эти покрытия для поддержания определенного
теплового режима объекта за счет установления баланса между энергией, поглощаемой из окружающей среды, а также
выделяемой внутренними источниками теплоты, и энергией, излучаемой его поверхностью в окружающую среду.
Актуальность и новизна исследования
В настоящее время большой интерес вызывает проблема управления функциональными характеристиками материалов на основе нанодисперсных полупроводниковых широкозонных оксидных материалов в связи с широким применением их в оптике, микроэлектронике, гетерогенном катализе.
Развитие этого исследовательского направления связано с разработкой научных основ получения материалов с заданными электрофизическими и оптическими свойствами в ИК диапазоне и обоснованием принципов создания покрытий, избирательно отражающих и поглощающих оптическое излучение. Поскольку использование этих соединений в качестве пигментов селективных покрытий ИК диапазона неизвестно, то и технология их направленного синтеза в дисперсном состоянии с заданными оптическими свойствами до сегодняшнего дня остается до конца неразработанной. Поэтому возникает необходимость в изучении физико-химических процессов формирования нанодисперсных материалов на основе полупроводниковых широкозонных оксидов олова, сурьмы, индия и висмута, установлении взаимосвязи их электронных и оптических свойств с технологическими условиями синтеза и оптимизации этих условий. Кроме того, известно применение таких систем в каталитических процессах переработки углеводородного сырья, что также является актуальной задачей современного материаловедения
Описание исследования

В ходе выполнения работ получено, что наиболее подходящим для синтеза наноразмерного IТО, АТО и ВТО материалов является золь- гель метод, основанный на гидролизе различных In, As, Sb, Sn, Bi соединений. Этот метод дает возможность регулирования размера ITO, АТО и ВТО наночастиц и их распределением по размерам тщательным подбором условий гидролиза (рН. температуры, концентрации исходных соединений, соотношения реагентов и последовательности их добавления), а также введением в зону гидролиза дезагрегирующих агентов.

В лабораторной методике обоснована необходимость пробоподготовки образцов с включением их измельчения с контролем гранулометрического состава и высушиванием образцов. Изложена последовательность  снятия спектральных зависимостей коэффициента диффузного отражения образцов в области от 0,4 до 2,5 мкм при использовании автоматизированного измерителя коэффициента диффузного отражения и пропускания оптического излучения AIKDO, собранного на базе на инфракрасного спектрофотометра ИКС 31 с оптическим шаром и в области от 0,9 мкм до 20 мкм при использовании лабораторного стенда для изучения свойств оксидных материалов с заданными оптическими, электрофизическими и физико-химическими свойствами.На основе разработанной лабораторной методики исследования отражения оптического излучения в нанодисперсных оксидных системахSn-Sb-O,Sn-Bi-O, In-Sn-O с плазменным резонансом проведены лабораторные исследования отражения оптического излучения образцов материалов этих систем. При этом установлены технологические факторы наибольшего влияния на спектральные характеристики коэффициента отражения АТО ITO и ВТО материалов, уровень отражения образцов в области длин волн 0,9 – 10,5 мкм, положение длины волны плазменного резонанса в зависимости от условий синтеза.  Полученные результаты позволяют выбирать условия синтеза образцов для достижения у них заданных оптических свойств.Продемонстрирована возможность выбора режимов синтеза как по спектрам отражения синтезированных в различных условиях   образцов, так и по концентрации свободных носителей заряда,  расчеты которой сведены в таблицы или представлены в виде графиков. Изготовлены экспериментальные образцы нанодисперсных полупроводниковых широкозонных оксидных материалов с заданными оптическими, электрофизическими и физико-химическими свойствами в количестве 5 килограммов для каждой системы. Предложены и обоснованы этапы исследовательских испытаний, включающие подготовку образцов к испытаниям (высушивание образцов, измельчение и анализ гранулометрического состава образцов); измерение спектров отражения образцов в диапазоне длин волн (0,9 – 20) мкм на лабораторном стенде; определение концентрации свободных носителей заряда в образцах и  физико-химических свойств образцов (удельной поверхности, среднего размера частиц); оценку соответствия полученных характеристик образцов заданным требованиями ТЗ  на выполнение ПНИ. Проведены исследовательские испытания экспериментальных образцов нанодисперсных полупроводниковых широкозонных оксидных АТО, ITO и ВТО материалов с заданными оптическими, электрофизическими и физико-химическими свойствами.

Результаты исследования

Разработана лабораторная методика исследования отражения оптического излучения в нанодисперсных оксидных системах Sn-Sb-O,Sn-Bi-O, In-Sn-O с плазменным резонансом, включающая последовательность выполнения исследований, с определением необходимых для этого методов изучения, приборов, посуды и реактивов. В лабораторной методике обоснована необходимость пробоподготовки образцов с включением их измельчения с контролем гранулометрического состава и высушиванием образцов. Изложена последовательность  снятия спектральных зависимостей коэффициента диффузного отражения образцов в области от 0,4 до 2,5 мкм при использовании автоматизированного измерителя коэффициента диффузного отражения и пропускания оптического излучения AIKDO, собранного на базе на инфракрасного спектрофотометра ИКС 31 с оптическим шаром и в области от 0,9 мкм до 20 мкм при использовании лабораторного стенда для изучения свойств оксидных материалов с заданными оптическими, электрофизическими и физико-химическими свойствами. На основе разработанной лабораторной методики исследования отражения оптического излучения в нанодисперсных оксидных системахSn-Sb-O,Sn-Bi-O, In-Sn-O с плазменным резонансом проведены лабораторные исследования отражения оптического излучения образцов материалов этих систем. При этом установлены технологические факторы наибольшего влияния на спектральные характеристики коэффициента отражения АТО ITO и ВТО материалов, уровень отражения образцов в области длин волн 0,9 – 10,5 мкм, положение длины волны плазменного резонанса в зависимости от условий синтеза.  Полученные результаты позволяют выбирать условия синтеза образцов для достижения у них заданных оптических свойств.

Проведен синтез экспериментальных образцов нанодисперсных полупроводниковых широкозонных оксидных материалов с заданными оптическими, электрофизическими и физико-химическими свойствами. Продемонстрирована возможность выбора режимов синтеза как по спектрам отражения синтезированных в различных условиях   образцов, так и по концентрации свободных носителей заряда,  расчеты которой сведены в таблицы или представлены в виде графиков. Изготовлены экспериментальные образцы нанодисперсных полупроводниковых широкозонных оксидных материалов с заданными оптическими, электрофизическими и физико-химическими свойствами в количестве 5 килограммов для каждой системы.

Разработаны программы и методики исследовательских испытаний нанодисперсных полупроводниковых широкозонных оксидных материалов с заданными оптическими, электрофизическими и физико-химическими свойствами на лабораторном стенде. Предложены и обоснованы этапы исследовательских испытаний, включающие подготовку образцов к испытаниям (высушивание образцов, измельчение и анализ гранулометрического состава образцов); измерение спектров отражения образцов в диапазоне длин волн (0,9 – 20) мкм на лабораторном стенде; определение концентрации свободных носителей заряда в образцах и  физико-химических свойств образцов (удельной поверхности, среднего размера частиц). Определены необходимые для выполнения указанных этапов методы и приборы изучения. Проведены исследовательские испытания экспериментальных образцов нанодисперсных полупроводниковых широкозонных оксидных АТО, ITO и ВТО материалов с заданными оптическими, электрофизическими и физико-химическими свойствами. 

Практическая значимость исследования
Разработанные технологии нанодисперсных полупроводниковых оксидов могут быть использованы в производстве
катализаторов, проводящей керамики и покрытий, наносимых методом трафаретной печати, керамических
газочувствительных элементов, сенсоров, терморегулирующих покрытиях. Полученные в работе экспериментальные данные
по изучению фазообразования и оптических свойств дисперсных полупроводниковых широкозонных вырожденных оксидов
редких и рассеянных элементов могут быть использованы в технологии производства пигментов для селективных покрытий
ИК диапазона.
Полученные результаты могут быть включены в научно-образовательные курсы по новейшим направлениям науки и
технологий, а также научно-популярные материалы для учеников и школьных учителей для размещения в свободном доступе
в сети Интернет.