Введение…………………………………………….………………………….…6
Глава 1. Методы получения полифункциональных металлооксидных
наноматериалов (Аналитический обзор литературы) …………..……..……..21
1.1. Анализ возможных методов получения оксидных наночастиц .....….21
1.1.1. Физические методы получения оксидных наночастиц …….....…...22
1.1.2. Химические методы получения оксидных наночастиц ……....…....24
1.2. Особенности получения пленочных материалов ………….………....37
1.3. Формирование наноматериалов с особой морфологией …………….41
1.4. Свойства наиболее применяемых полифункциональных
металлооксидных наноматериалов ……………………………………..…44
1.4.1. Свойства TiO2 и наноматериалов на их основе ……………..…45
1.4.2. Свойства ZnO и наноматериалов на их основе ……………...…50
1.4.3. Свойства SnO2 и наноматериалов на их основе ……………..…53
1.4.4. Физико-химические свойства ферритов …………………….…55
1.4.5. Физико-химические свойства оксидных композитов ……….…59
1.5. Выводы по разделу и постановка задач работы …………....…...……61
Глава 2. Объекты и методы исследования ………..……………………...……63
2.1. Выбор объектов исследования …………………………………...……63
2.2. Методы исследования и анализа синтезированных материалов ……65
2.2.1. Термический и термогравиметрический анализ …….…...….…66
2.2.2. Рентгенофазовый анализ …….….….…...…...….…….…...…….66
2.2.3. Сканирующая электронная микроскопия …………….…...……67
2.2.4. Просвечивающая электронная микроскопия ….…...…....…..….67
2.2.5. АСМ и Кельвин-зондовая силовая микроскопия ….……..….…68
2.2.6. Седиментационный анализ ….….….…...…...….…….…...…….68
2.2.7. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия …….…...…….69
2.2.8. Оптическая и инфракрасная спектроскопия ….….…......…...….70
2.2.9. Химические методы анализа ………………….….…......…....….70
3
2.2.10. Измерение электрофизических характеристик ...........…….….71
2.2.11. Определение сорбционной активности .......................…….….73
2.2.12. Определение фотокаталитической активности ...........…….….73
2.2.13. Определение газочувствительных свойств материалов ......….75
2.3. Выбор и подготовка подложек для нанесения пленок .….……….….76
2.4. Методы нанесения раствора прекурсоров на подложки ………….…78
2.5. Выводы к главе 2. …………………………….………….….……..…...79
Глава 3. Физико-химические основы получения и свойства тонких
нанокристаллических пленок на основе оксидов металлов ….….……..….....80
3.1. Физико-химические основы получения нанокристаллических пленок
на основе оксидов металлов окислительным пиролизом …………..........80
3.2. Характеристика и свойства тонких пленок, полученных
окислительным пиролизом ………….……..…….…..…….………….........89
3.2.1. Тонкие пленки TiO2 ………….……..…….…..….….….…….......89
3.2.2. Тонкие пленки ZnO ………….……..…….…..…….….………....94
3.2.3. Тонкие пленки SnO2 ………….……..…….…..…….….…..….....97
3.3. Характеристика и свойства тонких пленок, полученных золь-гель и
гидротермальным способами ….…..….…………………….……….…....100
3.3.1. Тонкие пленки TiO2 …….……..…….…..…….….……….…....100
3.3.2. Тонкие пленки ZnO …….……..…….…..…….….……..............104
3.3.3. Тонкие пленки SnO2 …….……..…….…..…….….……….........106
3.4. Выводы к главе 3 ………….……..……...……………....…...……......108
Глава 4. Влияние состава тонких пленок нанокомпозитов на основе оксидов
металлов, полученных пиролизом, и их свойства ……………………….......110
4.1. Тонкие пленки SnO2-ZnO ….……………………………………...….110
4.1.1. Получение тонких пленок SnO2-ZnO ……..………………..….110
4.1.2. Фазовый состав и морфологические характеристики ...…..….111
4.1.3. Анализ методом РФЭС …………………….....……………..….113
4.1.4. Оптические свойства ……………………….....……………..….115
4.1.5. Электрофизические характеристики пленок ..……………..….117
4
4.1.6. Изучение газочувствительных свойств ………………….....….118
4.1.7. Изучение фотокаталитических свойств ...……………….....….119
4.2. Тонкие пленки ZnO-SnO2 ….…………………....………………...….120
4.2.1. Получение тонких пленок ZnO-SnO2……..………………...….120
4.2.2. Фазовый состав и морфологические характеристики ...…..….121
4.2.3. Анализ методом РФЭС …………………….....……………..….127
4.2.4. Оптические свойства ……………………….....……………..….129
4.2.5. Электрофизические характеристики пленок ..……………..….130
4.2.6. Изучение газочувствительных свойств ………………….....….133
4.2.7. Изучение фотокаталитических свойств ...……………….....….136
4.3. Сравнение полученных композитов на основе ZnO-SnO2 с
результатами других работ ………………………………………………..136
4.4. Выводы к главе 4 ………………………………………………… …..142
Глава 5. Технологические особенности получения тонких пленок ферритов
окислительным пиролизом и их свойства ………………………..………….144
5.1. Получение тонких нанокристаллических пленок на основе BiFeO3
окислительным пиролизом ….….………………………….…..………….144
5.2. Свойства тонких пленок BiFeO3 ….…..……………….……………. 150
5.3. Свойства тонких пленок BiFeO3, модифицированного La3+
и Nd3+
..154
5.4. Получение и свойства тонких нанокристаллических пленок ферритов
типа шпинелей ….….…………………………………….…………….. …157
5.5. Выводы к главе 5 …………………………………….……………. …161
Глава 6. Физико-химические основы получения наноразмерных порошковых
материалов оксидов металлов и их свойства ……………………………..….162
6.1. Золь-гель синтез и свойства наноразмерных порошков диоксида
титана ……………………………………………………………………….162
6.2. Золь-гель синтез и свойства наноразмерных порошков
модифицированного диоксида титана ….………………………………..183
6.3. Гидротермальный синтез и свойства нанотрубок диоксида титана 201
5
6.4. Гидротермальный синтез и свойства покрытий из наностержней
на основе оксида цинка .……….……………………………….………...205
6.5. Выводы к главе 6 ………….……..………………………….………...209
Глава 7. Технологические основы разработанных способов получения
наноматериалов на основе оксидов металлов и их апробация ……………..212
7.1. Технологическая схема получения тонких нанокристаллических
пленок оксидов металлов …………………………………………….........212
7.2. Апробация разработанной технологии получения тонких
нанокристаллических пленок на основе оксидов металлов ...……..........216
7.3. Технологическая схема получения порошков на основе диоксида
титана ….…………………………………………...………………….........218
7.4. Апробация разработанной технологии получения порошков
на основе диоксида титана ………….…………...………………….........220
7.5. Выводы к главе 7 ……………………………………………….…....222
Выводы …………………………………………………………………….…..224
Заключение …………….………………………………………………….…..229
Список используемых сокращений ……………………….……………..…..230
Список литературы ………………………………………………………..…..231
Приложения ……………………...………………………………………..…..304
Приложение 1. Акт о внедрении (ООО «ГалОмедТех») ...……..………..….309
Приложение 2. Акт о внедрении (ООО «ПРОМЕТЕЙ РД») ...……..……….310
Приложение 3. Акт о внедрении в НИР Института нанотехнологий,
электроники и приборостроения ...……………………………….…..……….311
Приложение 4. Акт о внедрении в учебный процесс ………….…..……..….312
Приложение 5. Результаты квантово-химических расчетов ….…..……..….314
Приложение 6. Оценки устойчивости структуры перовскита для феррита
висмута BiFeO3, модифицированного лантаном(III) или неодимом(III) ….319
Приложение 7. Лабораторный технологический регламент на производство
тонких нанокристаллических пленок на основе ZnO-SnO2 методом
окислительного пиролиза .……………………………………….………..…..320
