Регистрация / Вход
Прислать материал

14.576.21.0029

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.576.21.0029
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет"
Название доклада
НАНОКОМПОЗИТ ZnO – Au: СИНТЕЗ, СОСТАВ, СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА
Докладчик
Шоранова Ляна Олеговна, Кравцов Александр Александрович, Бондаренко Евгений Алексеевич, Бондаренко Сергей Алексеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель работы: разработка методики формирования нанокомпозитного материала ZnO – Au и исследованию его структуры и состава.
Задачи работы:
- изучение механизмов формирования микро- и наноструктур оксида цинка;
- исследование дефектной ситуации на поверхности микро- и наноструктур оксида цинка;
- изучение механизма роста наночастиц золота на поверхности оксида цинка;
- исследование кристаллической структуры, состава и морфологии поверхности составляющих нанокомпозита ZnO – Au.
Актуальность и новизна исследования
Одним из приоритетных современных направлений развития материаловедения является синтез неорганических нанокомпозитных материалов. Особое значение среди таких нанокомпозитных материалов в последнее время приобретают наночастицы благородных металлов заключенные в объем разнообразных по природе матриц.
Нанокомпозиты ZnO – Au нашли широкое применение в междисциплинарных отраслях науки и техники, от плазмоники до биомедицины, благодаря возможности варьирования спектрального положения и амплитуды плазмонного резонанса наночастиц металлов за счет изменения их размера, формы и структуры.
Одним из возможных технических применений высокодисперсных форм ZnO являются композиционные материалы «металл – оксид» и, в частности, ZnO – Au, представляющие интерес как функциональные электроконтактные материалы. Функциональные свойства таких композитов, как правило, улучшаются с ростом дисперсности и однородности распределения металла в оксидной матрице. Известен ряд методов получения оксида цинка, включая проведение реакции гидротермическим способом, фотохимический синтез, но наиболее распространенным способом является золь-гель процесс. Такие методы дают возможность получения дисперсных форм ZnO с контролируемыми размерами и морфологией путем регулирования условий осаждения.
Описание исследования

В работе разработана методика синтеза нанокомпозитного материала ZnO – Au, состоящая из следующих этапов:

1. Приготовление исходных растворов цинксодержащего прекурсора и раствора золотохлористоводородной кислоты;

2. Синтез золя ZnO;

3. Восстановление наночастиц Au на поверхности ZnO;

4. Перевод золя в гель;

5. Центрифугирование полученного геля и его отмывка дистиллированной водой;

6. Просушивание геля при температуре 150 ºС.

Фазовый состав и структуру нанокомпозитов ZnO – Au определяли методом рентгенофазового анализа. Для установления детального состава образцов использовали метод ИК-спектроскопии. Морфология частиц полученных образцов нанокомпозитов ZnO – Au исследовалась методом сканирующей электронной микроскопии. Для исследования дефектной ситуации на поверхности материала ZnO использовали индикаторный метод. Данный метод основан на избирательной адсорбции индикаторов с различным значением рКа на различных активных центрах материала. Применение последней методики позволило выявить механизмы формирования наночастиц золота на поверхности оксида цинка.

Результаты исследования

Разработанная методика позволяет получить нанокомпозит ZnO – Au золь-гель методом. Исследование фазового состава методом РФА показало, что основной фазой полученного композита является ZnO в кристаллической решетке вюрцита. Дальнейшее исследование состава композита методом
ИК-спектроскопии показало присутствие физически и химически связанной воды а также ацетатных групп. Таким образом, для полной десорбции воды и разложения ацетатных комплексов цинка необходимо прокаливание при температуре выше 150ºС. Исследование морфологии частиц полученного композита ZnO – Au показало, что частицы оксида цинка имеют форму столбиков. Частицы золота встречаются в виде агрегатов сферической формы и присутствуют на поверхности частиц ZnO. Исследование
кислотно-основных свойств поверхности полученных образцов показало преобладание нейтральных активных центров на поверхности композита. Кроме того, общая концентрация активных центров поверхности полученного нанокомпозита ZnO – Au больше примерно в два раза по сравнению с концентрацией активных центров на поверхности ZnO, просушенного при той же температуре.

Представленная методика получения нанокомпозита ZnO – Au отличается экономичностью за счет отсутствия необходимости в специализированном дорогостоящем оборудовании. Проведенные исследования подтверждают, что данная методика синтеза позволяет получить нанокомпозиты ZnO – Au, легированные наночастицами серебра. Кроме того, имеется возможность регулирования концентрации наночастиц металлов в нанокомпозите, что открывает возможности создания на их основе слоев с заданными оптическими и электрофизическими свойствами.

Практическая значимость исследования
Полученные нанокомпозиты ZnO – Au могут быть использованы в качестве активного слоя пленочных прозрачных контактов для приборов оптоэлектроники и солнечных элементов. Использование пленок ZnO – Au позволит не только увеличить кпд солнечных элементов, но и при правильном подборе параметров синтеза, толщины пленок, способны выступать в качестве просветляющих покрытий, тем самым расширяя область спектральной чувствительности фотопреобразователя.