WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

кинетическими факторами, образование графитовой фазы, обладающей слоевым механизмом роста (область 2), происходит при более энергоемких условиях: высоких растут до определенных размеров, а затем „замуровыва- температурах подложки, энергии электронов и степени активации плазмы, но при более низких давлениях ются“ в ней, а не пронизывают ее [6]. Из экспериментов паров и пересыщениях. В переходной области между просматривается сильное влияние подложки: чем ближе осаждениями алмаза и графита (область 6 на рис. 2) слой углеводородной матрицы к твердой подложке, тем пленки представляют собой гетерофазную систему, где меньше размеры образующихся в нем кристаллитов.

в аморфной углеграфитовой матрице распределены криС увеличением толщины углеводородного слоя размер кристаллитов увеличивается. Однако при большой тол- сталлиты алмаза, мелкокристаллического графита и других кристаллических модификаций углерода.

щине матрицы их размер вновь уменьшается, о чем свидетельствует меньший размер кристаллитов в угле- При низкой температуре подложки одновременно с водородной пленке толщиной 1.2 µm, по сравнению с наноуглеродной кристаллической фазой конденсируются такой же пленкой толщиной 0.4 µm. продукты неполного разложения этанола, а также молеЖурнал технической физики, 2007, том 77, вып. Самоорганизация наноалмазных кристаллитов в неравновесной СВЧ-плазме низкого давления кулярных продуктов вторичных реакций, протекающих в нообразная структура в виде наноразмерной каркасной СВЧ углеводородной плазме паров исходного рабочего матрицы, на C-C-связях которой поддерживаются обравещества (область 1 на рис. 2). Результаты (рис. 3–7) зующиеся наноуглеродные кристаллиты. Анализ других свидетельствуют о том, что эти процессы не являются возможных моделей образования нанокристаллитов внуне зависимыми друг от друга. Так, благодаря осаждению три углеводородной матрицы, например, прорастающих мягких полимероподобных пленок процесс образования от твердой подложки, „замуровывающихся“ и вновь наноуглеродной кристаллической фазы перестает быть возникающих на поверхности образующейся углеводогетерогенным — с увеличением температуры подлож- родной матрицы и др., показывает их неадекватность ки размер и концентрация кристаллитов в углеводо- имеющимся экспериментальным данным.

родной матрице уменьшаются. То же происходит и Установленные значения критических температур, при уменьшении толщины слоя углеводородной пленки. при которых заканчивался переход от осаждения криПричиной этого в обоих случаях является уменьшение сталлитов в полимероподобных мягких пленках к пересыщения активированной углеводородной компо- сплошным твердым пленкам (рис. 1, 5), соответствуненты, ответственной за образование наноуглеродных ют значениям, выше которых атомы молекулярного кристаллитов. Поэтому концентрация кристаллитов при потока, формирующие углеводородную пленку, полноминимальной температуре процесса 50C является для стью отражаются от подложки. Увеличение давления всех давлений рабочего вещества в плазме наиболь- паров рабочего вещества приводит к тому, что атомы, шей (рис. 5). С увеличением температуры подложки испаряющиеся с подложки, захватываются частицами замедляется осаждение углеводородной пленки, что объ- молекулярного потока и вновь осаждаются на нее.

ясняется возрастанием вероятности отражения частиц Поэтому критическая температура, при которой еще нагазовой фазы от подложки. Причем это имеет место блюдается образование наноуглеродных кристаллитов, а для частиц, образующих как углеводородную матрицу, также максимальная их концентрация, тем больше, чем так и наноуглеродные кристаллиты в ней. Поэтому выше давление пара и плотность потока падающих на в очень тонких и прилегающих к твердой подложке подложку частиц. Исключением является зависимость слоях углеводородной матрицы размер и концентрация концентрации кристаллитов от температуры для давкристаллитов очень низкие. ления паров 1 Pa, при котором, по-видимому, реалиС увеличением толщины осажденной углеводородной зуются оптимальные кинетические условия зарождения матрицы процессы обратного рассеяния активирован- и роста нанокристаллической фазы в углеводородной ных атомов углерода в газовую фазу, ответственных матрице. Этот режим, как следует из экспериментов, за образование кристаллитов уменьшаются. Это может характеризуется наибольшей критической температурой быть обусловлено упругим рассеянием отраженных от и самой высокой плотностью нанокристаллитов, хотя обтвердой подложки активированных атомов углерода на щая тенденция изменения концентрации от температуры нейтральных атомах углерода и водорода, входящих в остается прежней.

структуру углеводородной матрицы. В этих случаях слои Появление максимума концентрации наноуглеродных углеводородной пленки являются накопителями акти- кристаллитов при 300C для давления ниже 0.1 Pa вированных углеродных атомов. В результате этого в объясняется теми же кинетическими факторами, но уже углеводородной пленке увеличивается их концентрация в условиях преимущественного осаждения графита.

и степень пересыщения, и, как следствие, образуют- Как известно, в связи с особенностями кристаллися кристаллиты с большими размерами и плотностью ческой решетки у графита преобладающим является распределения. При достаточно большой толщине угле- слоевой механизм роста, а у алмаза — нормальный [8].

водородной матрицы (возможно, из-за рекомбинацион- Поэтому снижение температуры подложки при сохраных процессов в результате возрастания траекторного нении плотности потока частиц на поверхность, уменьпробега активированных плазмой углеродных атомов шая подвижность поверхностных атомов, или улучшая до твердой отражающей подложки) темп нарастания условия прилипания активированных частиц плазмы, и степень пересыщения активной углеродной компо- ухудшает условия для формирования графитовой струкненты вновь уменьшается. Таким образом, осуществля- туры. Снижение температуры, естественно, приводит ется регулирующая роль углеводородной матрицы в к снижению степени кристалличности конденсата и процессе образования наноуглеродных кристаллитов. к сосуществованию в нем межатомных связей с разЭтим определяется, по-видимому, и оптимальная тол- личным типом гибридизации атомных орбиталей. Пощина углеводородной пленки, при которой концентра- этому следует ожидать, что для всех давлений паров ция и размер кристаллитов имеют максимальные зна- рабочего вещества в СВЧ-плазме, включая давления, чения. при которызхв при высоких температурах наблюдаСледует отметить, что данная модель образования лось осаждение графитоподобных пленок (область наноуглеродных кристаллитов внутри углеводородной на рис. 2), с уменьшением температуры подложки в матрицы не является гетерогенной. В частности, про- углеводородной матрице наноуглеродные кристаллиты теканию описанных „накопительных“ процессов внутри будут иметь преимущественно алмазоподобную микроуглеводородной пленки способствует ее мягкая наути- структуру.

6 Журнал технической физики, 2007, том 77, вып. 84 Р.К. Яфаров Заключение [4] Суздальцев С.Ю., Яфаров Р.К. // Письма в ЖТФ. 1998.

Т. 24. Вып. 4. С. 25–29.

[5] Технология тонких пленок / Под ред. Л. Майссела, Р. Глэн1. Определены области кинетических преимуществ га. Пер. с англ. М.: Сов. радио. 1977. Т. 2. 768 с.

при получении пленочных углеродных материалов раз[6] Алехин А.А., Суздальцев С.Ю., Яфаров Р.К. // Письма в личных аллотропных модификаций в неравновесной ЖТФ. 2003. Т. 29. Вып. 15. С. 73–77.

СВЧ-плазме паров этанола низкого давления.

[7] Руденко А.П., Кулакова И.И. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2.

2. На основе обнаруженных эффектов самоорганиХимия. 1993. Т. 34. № 6. С. 523–532.

зации и полиморфных превращений, обусловленных [8] Алмазы в электронной технике: Сб. ст. / Под ред. В.Б. Кваскинетическими факторами, получены нанокомпозитные кова. М.: Энергоатомиздат, 1990. 248 с.

алмазно-графитовые и алмазно-углеводородные материалы с регулируемыми концентрацией и размерами вертикально связанных наноалмазных кристаллитов от 4-до 100 nm в гетерофазной матрице.

3. Установлено существование „охлаждающего“ эффекта для атомов и ионов углерода, поступающих из плазмы в углеводородную (паутинообразную) мягкую пленку. „Охлаждение“ осуществляется за счет хаотичных квазиупругих столкновений с атомами полимероподобного материала пленки, препятствующих выходу из нее.

4. Алмазообразование внутри углеводородных пленок осуществляется по гомогенному механизму (аналог капиллярной конденсации в порах).

По сравнению с существующими методами синтеза наноалмазов данная технология получения наноалмазных пленочных материалов в неравновесной СВЧплазме совместима с технологическими процессами микроэлектронного производства. При этом обеспечивается возможность управления размерами и распределением концентрации наноалмазов в объемной матрице, позволяя создавать структуры с заданными градиентными свойствами. Благодаря погруженности наноалмазов в каркасную углеводородную матрицу имеются широкие возможности для непосредственного их нанесения на любые подложки и детали, а также для модификации и управления поверхностными свойствами наноалмазов при использовании в качестве накопителя газовой массы в топливных элементах. Наноалмазные кристаллиты в полимерной матрице представляют собой новый и весьма перспективный исходный материал для получения объемных аккумуляторов водорода. В отличие от детонационных наноалмазов, погруженность наноалмазов в уникальную по своим функциональным свойствам углеводородную матрицу исключает возможность их агрегатирования в прочные образования, которые в случае сухих порошкообразных наноалмазов нуждаются в дополнительной подготовке сухого продукта при изготовлении паст путем механического дробления.

Список литературы [1] Витязь П.А. // ФТП. 2004. Т. 46. No 4. С. 591–597.

[2] Даниленко В.В. Синтез и спекание алмазов взрывом. М.:

Энергоатомиздат, 2003. 272 с.

[3] Былинкина Н.Н., Муштакова С.П., Олейник В.А., Яфаров Р.К. // Письма в ЖТФ. 1996. Т. 22. Вып. 6. С. 43–47.

Журнал технической физики, 2007, том 77, вып.

Pages:     | 1 ||



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.