WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Согласно полученным данным контакт проходит через две стадии сначала с нелинейной вольтамперной характеристикой, а затем при увеличении силы воздействия вольтамперная характеристика превращается в линейную.

В главе 4 рассматривается исследование поверхности графита с помощью методики совмещенной АСМ-СРМ.

В разделе 4.1 рассматривается не разрушающее исследование поверхности. В подразделе 4.1.1 обсуждаются особенности проводящих свойств поверхности графита. Это различие в контактном сопротивление на отдельных графитовых террасах, а также различие сопротивления по строкам в пределах одной террасы (Рис.

3) Рис. 3. Типичная картина поверхности графита, наблюдаемая в АСМ-СРМ. Слева приведена топография поверхности, а справа распределение тока по поверхности.

В разделах 4.1.2-4.1.3 приводятся качественные модели граничных сопротивлений и адсорбционного мешка, объясняющие наблюдаемые эффекты.

В разделе 4.1.4 приводятся данные по наблюдению приповерхностных дефектов на графите (доменных границ и дислокаций), не видимых в топографии.

На Рис. 4 приведено изображение отельного дислокационного дефекта.

Рис. 4. Изображения отдельных дислокационных дефектов на поверхности графита, наблюдаемая в АСМ-СРМ. Слева приведена топография поверхности, а справа распределение тока по поверхности.

Рис. 5. Изображения дислокационной сети на поверхности графита, наблюдаемая в АСМ-СРМ. Слева приведена топография поверхности, а справа распределение тока по поверхности.

Рис. 6. Токовые картины дислокационной сети с треугольной симметрией на поверхности графита. Слева - положительное напряжение, справа отрицательное. Инверсия наблюдается при изменении полярности напряжения.

Рис. 7. Изображения доменной границы на поверхности графита, наблюдаемая в АСМ-СРМ. Слева приведена топография поверхности, а справа распределение тока по поверхности.

На Рис. 5 и Рис. 6 приведены изображения дислокационных сетей с линейной и треугольной симметрией. На Рис. 7 приведено изображение доменной границы наблюдаемой в совмещенной АСМ-СРМ с характерным при этом отсутствием рельефа.

Нам удалось впервые с помощью АСМ-СРМ визуализировать дислокационные дефекты и доменные границы.

Раздел 4.2 посвящен управляемой модификации поверхностей алюминия, напыленного на лавсане и графита. В подразделе 4.2.1 описывается локальное анодное окисление графита, а в подразделе 4.2.2 – алюминия осуществляемые с помощью совмещенной атомно-силовой и сканирующей резистивной микроскопии.

Нам удалось впервые вырастить оксид графита (Рис. 8). Поверхность оксида обладает шероховатостью сравнимой с шероховатостью поверхности обычного графита.

Рис. 8. Изображения полосок оксида графита выращенных с помощью зонда.

Слева – изображение получено в полуконтактном режиме сканирования атомносилового микроскопа, справа – в контактном.

При исследовании поверхности алюминия нами было получено, что возможен иной способ определения величины нарастающего оксида, не по получающемуся рельефу поверхности, а по изменению контактного сопротивления. В окисленной области оно существенно повышается, что может быть легко зафиксировано с помощью АСМ-СРМ (рис.

9). Для шероховатых поверхностей, у которых собственный рельеф несколько нанометров, зафиксировать увеличение рельефа на величину в 1 нм и менее не представляется возможным с помощью обычного атомно-силового микроскопа.

Рис. 9. Изображения поверхности алюминия напыленного на лавсан подвергнутого локальному анодному окислению. Слева приведена топография поверхности, а справа распределение тока по поверхности. На токовой картине отчетливо видны окисленные прямоугольные области.

В главе 5 приводятся экспериментальные результаты по исследованию проводящих свойств тонких пленок полианилина и исследованию комплекса ПАН-ПАМПС с помощью атомно-силовой микроскопии. Нами рассматриваются только тонкие пленки, поскольку совмещенная АСМ-СРМ дает информацию только о локальных свойствах поверхности.

Никакого заметного влияния местоположения окна сканирования на образце на получаемые значения проводимости обнаружено не было.

Применение сканирующей резистивной микроскопии к исследованию полианилина позволит лучше изучить его электрические свойства, а также контролировать однородность этих свойств на микроскопических масштабах. Получение более однородных образцов позволит улучшить их макроскопические характеристики как материалов в целом, например, проводимость.

Исследовались пленки полианилина и полианилин-найлона. В лаборатории В.Ф.Иванова были получены оптические изображения пленок. На образцах наблюдалось наличие неоднородностей степени окисления вдоль поверхности пленки. Размер неоднородностей менялся от микроскопического (10 мкм) до макроскопического (1 мм). Из исследований пленок другими методами был сделан вывод об автокаталитическом характере процесса окисления и высказано предположение о наличии неоднородностей на наноуровне, вплоть до молекулярных размеров.

Первыми были получены изображения локального распределения проводимости для пленки полианилина, электрохимически нанесенной на стекло, покрытое SnO2. На рис. приведены топография и проводимость поверхности. Более светлые участки изображения на картине проводимости соответствуют областям с меньшим удельным сопротивлением.

Наблюдается корреляция топографии и распределения проводимости поверхности. Перепад значений сопротивления контакта для образца составил от 3 до 5 МОм, что соответствует проводимости 10-1 См/см. Сканирование осуществлялось кантилевером CSC17 с покрытием из карбида вольфрама и жесткостью 0,15 Н/м.

Рис. 10. Изображение рельефа и проводимости поверхности пленки полианилина, нанесенной на стекло, покрытое SnO2. Слева - топография приведена в подсвеченном сбоку виде; справа – проводимость; более светлые участки обладают большей проводимостью.

Результаты измерений, полученные на пленке полианилина, электрохимически нанесенной на стекло, покрытое золотом, приведены на рис. 10. На рис. 10-I приведена топография поверхности, на рис. 10-II распределение локальной проводимости, на последнем цветом передана величина проводимости: белый цвет соответствует проводимости 10 См/см, черный — менее 10-2 См/см.

Минимальное сопротивление контакта на пленке составило 80 кОм, что соответствует проводимости 10 См/см, предполагая радиус контакта при расчете 10 нм. Перепад между отдельными участками достигал 1 МОм при размере кадра 1500х1500 нм2. Сканирование осуществлялось кантилевером NSC14 с покрытием Au-Cr. Этот зонд обладает гораздо большей жесткостью по сравнению с CSC17 — 5 Н/м. Поэтому при сканировании скорее всего происходит деформация поверхности, и топографическая картина поверхности не обладает достаточной наглядностью.

Как можно видеть, значения проводимости по кадру менялись более чем на два порядка. Возможно следующее объяснение наблюдаемой корреляции топографии и проводимости поверхности. Возвышенные участки пленки являются более допированными и поэтому обладают большей проводимостью и, соответственно, меньшим удельным сопротивлением. В то время как тонкие участки пленки, допированные в меньшей степени, являются плохо проводящими.

I II III IV Рис. 11. Изображение поверхности полианилина (I, II) и полианилина-полиамида (III, IV). I, III — топография, II, IV — проводимость.

Приведенная на рис. 10-II картина распределения проводимости показывает наличие неоднородностей нанометровых размеров. Это дает основания также полагать и наличие неоднородностей степени окисления соответствующих масштабов.

На полианилин-найлоне (рис. 10) также наблюдалась зависимость топографии и проводимости. Видимые изменения проводимости скорее всего не связаны с изменением площади контакта. Характерное контактное сопротивление составляло 1-7 МОм.

На рис. 10-III представлена топография, рис. 10-IV — отображает проводимость соответствующего участка, черный цвет соответствует проводимости в 0.1 См/см, а белый — 1 См/см. На изображениях также наблюдается корреляция топографии и проводимости поверхности и наличие неоднородностей в проводимости поверхности на нанометровых масштабах, но с меньшим перепадом значений.

Полимерные комплексы являются перспективными в плане получения новых свойств материалов. Комплексы на основе полианилина позволяют сочетать его электрические и оптические свойства с механическими и химическими свойствами других полимеров. Синтез полианилина в форме нанотрубок, наноцилиндров и нановолокон, является перспективным в связи с разработкой методов создания наноустройств, которые могли бы использоваться как высоко чувствительные датчики и сенсоры. Для получения таких структур применяются различные методы. В частности, проведение химического синтеза в присутствии вторичных допантов, имеющих сложную химическую структуру, вследствие чего в растворе формируются нанотрубки различных размеров. Как правило, диаметр трубки варьирует от десятков до сотен нанометров.

На рис. 12 приведены характерные изображения поверхности слюды после обработки комплексом ПАН-ПАМПС. После высыхания растворителя на поверхности остаются объекты, имеющие вытянутую форму, иногда соединяющиеся друг с другом.

Рис. 12. Изображения отдельных ассоциатов молекул комплекса ПАН-ПАМПС на поверхности слюды. Концентрация молекул комплекса в растворе составляет 2·10-5М.

Таким образом, были обнаружены отдельные ассоциаты молекул комплекса в виде нановолокон с характерными геометрическими размерами: 2-10 нм по высоте, 20-40 нм по ширине, 100-200 нм по длине.

На основе полученных данных можно заключить, что получаемый при таком процессе матричного синтеза интерполимерный комплекс ПАН-ПАМПС является растворимым в воде вплоть до молекулярных ассоциатов. Исходя из размеров получающихся объектов, можно сделать вывод, что раствор интерполимерного комплекса с соотношением ПАН:ПАМПС, равным 1:2, в воде является молекулярно дисперсным. Таким образом, были получены нанообъекты полимерного комплекса полианилина (ПАН) и полисульфокислоты.

Далее была проверена стабильность водного раствора комплекса. Для этого из полученного комплекса получали раствор с концентрацией 410-4 М, который сохранялся в течение 1 года. Образцы приготовлялись путем разбавления данного раствора до 210-5 М, сначала сразу после синтеза, затем - через год хранения.

Никаких существенных различий, видимых в АСМ, на получаемых образцах обнаружено не было. Ниже, на рис. 13 приведены изображения поверхности слюды, получающиеся после нанесения раствора сразу после синтеза и через год хранения.

Рис. 13. Изображения отдельных ассоциатов молекул комплекса ПАН-ПАМПС на поверхности слюды. Слева — картина, полученная сразу после синтеза, справа — через год хранения раствора.

Для полученных, спустя год, образцов также были проведены измерения геометрических размеров объектов. Измерения показали, что размеры объектов не претерпели изменений и в среднем составили 2-10 нм по высоте, 20-40 нм по ширине, 100-200 нм по длине. Гистограммы распределения объектов по высотам приведены на рис. 14. Исходя из полученных распределений, можно оценить среднюю характерную высоту молекулы комплекса в 1,7 нм, что следует из оценки расстояния между пиками.

Рис. 14. Распределение по высотам ассоциатов молекул комплекса ПАН-ПАМПС.

Слева — гистограмма, полученная сразу после синтеза, справа — через год хранения раствора.

Таким образом, можно заключить, что раствор интерполимерного комплекса ПАН-ПАМПС в воде обладает высокой стабильностью, причем отдельные ассоциаты стабильны в растворе и не обладают тенденцией к агрегации.

Простота синтеза интерполимерного комплекса такого состава, также как простая процедура приготовления их истинных растворов и нанесение на подложки, открывает новые возможности их применения для разработки наноустройств.

В главе 6 приводятся основные итоги и выводы по проделанной работе Выводы 1. При исследовании поверхности графита с помощью совмещенной атомно-силовой и сканирующей резистивной микроскопии были обнаружены вариации контактного сопротивления между различными графитовыми террасами. Для объяснения были предложены модели граничных сопротивлений и адсорбционного мешка.

2. Впервые на графите наблюдалось влияние дислокационных дефектов находящихся под поверхностью и не видимых в топографии, на сопротивление контакта зонд-поверхность, также была визуализирована доменная граница.

3. Обнаружен эффект локального анодного окисления графита и напыленного алюминия с помощью совмещенной атомно-силовой и сканирующей резистивной микроскопии. При этом впервые наблюдалось образование оксида графита и было экспериментально измерено значение параметра реакции = (0.59 ± 0.02).

4. Обнаружено несоответствие между механическим контактом, понимаемым как момент появления сил отталкивания между зондом и поверхностью, и электрическим контактом, понимаемым как момент появления тока протекающего через зонд.

5. С помощью совмещенной атомно-силовой и сканирующей резистивной микроскопии впервые обнаружена неоднородность проводящих свойств равномерно нанесенных тонких пленок полианилина на масштабах менее 1 мкм.

6. С помощью атомно-силовой микроскопии был впервые охарактеризован комплекс ПАН-ПАМПС (1:2) и показана возможность его молекулярной растворимости до ассоциатов состоящих из нескольких молекул причем:

a. Наблюдаемые отдельные ассоциаты молекул комплекса имеют вытянутую форму с размерами по высоте 2-10 нм, ширине 20-40 нм, длине 100-200 нм.

b. Молекулярный раствор комплекса стабилен на временном интервале более одного года.

c. Была показана неизменность геометрических размеров ассоциатов молекул комплекса по прошествии этого времени.

Список публикаций по теме диссертации 1. Грибкова О.Л., Мешков Г.Б., Иванов В.Ф., Некрасов А.А., Исакова А.А., Ванников А.А., Яминский И.В., Исследование нанообъектов в водных растворах интерполимерных комплексов полианилина с поли-(2-акриламидо-2-метил-1пропан-сульфоновой кислотой) // Четвертая Всероссийская Каргинская Конференция «Наука о полимерах 21-му веку» 29 января-2 февраля 2007 г., Москва, МГУ, Тезисы устных и стендовых докладов, стр. 2. O.L. Gribkova, V.F. Ivanov, A.A. Isakova, A.A. Nekrasov, A.V. Vannikov, G.B.

Meshkov, I.V. Yaminsky, Nanoobjects of Interpolymer Complexes of Polyaniline and Polysulfonic Acid in Aqueous Solutions, // International Conference of Nanoscience and Technology, NANO 9 meets STM’06, Basel, Switzerland, July 30 – August 4, 2006, p.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»