Введение
ГЛАВА Современное состояние золь-гель синтеза (обзор литературы) 16
1.1.Становление и развитие золь-гель технологии. J 6
1.2.Нанокомпозиты, покрытия и мембраны, полученные золь-гель методом.
Свойства и использование в современных промышленных технологиях. 23
1.2.1. Наноразмерные стекловидные покрытия- допированные гетероатомами металлов и.неметаллов,- в планарной технологии микроэлектроники . 23
1.2.2.Стеклокерамические электроизоляционные и модифицирующие покрытия на основе золь-гель систем тетраэтоксисилан-неорганический допант-дисперсны оксидный наполнитель 27
І.З.З.Стеклокерамические светорассеивающие покрытия на основе золь-гель систем водорастворимый щелочной сил и кат-неорганически и допант- дисперсный-оксидный наполнитель . 31
Г.2:4.Протонопроводящие материалы на основе тетраэтоксиснлана и ортофосфорной кислоты; Каталитические слои для топливных элементов 33
1.3.Формирование материалов из золей. Физико-химические основы н технологические особенности 35
1.3.1 .Что такое «золь-гель система» и «золь-гель синтез» 35
1.3.2.Синтез золей . 39
1.3.3.Синтез дисперсий. 47
1.3.4.Влияние условий нанесения на свойства формируемых покрытий 47
1.3^5.Физико-химические процессы, протекающие притермообработке 47
Ы.Материалы, получаемые золь-гель методом 50
1.5.Классификация гибридных органо-неорганических материалов, получаемых золь-гель методом 52
1 .б.Пути формирования органо-неорганических материалов из золей 54
1.7.Особенности фрактальной микроструктуры органо-неорганических гибридных систем 57
1.7.1.Фрактальная структура золь-гель систем 58
Г.7.2.Современные представления о фрактальной структуре золь-гель нанокомпозитов; . ...60
1.8.Темплатный синтез материалов со структурой^упорядоченной на молекулярном уровне. 67
1.9.3аключение. 73
ГЛАВА 2 Формирование силикатных и<гибридных нанокомпозиционных материалов и покрытий на основе многокомпонентных золь-гель систем (задачи и методы исследования) 76
211 .Задач и, стоящие в области золь-гель синтеза сили кати ых гибридных покрытий и мембран. Пути их использования в промышленности; Методы и подходы; 76
2.2. Стартовые компоненты золей и дисперсий на их основе. Особенности. формирования различных:гетерої енных силикатных; материалов 79
2,2.1.Наноразмерные стекловидные покрытия; 80
2.2.2.Ксерогели.. 85
2.23.Єтеклокерамические покрытия:на основе разных прекурсоров; 89
212.3.1 .Силикатные композиционные покрытия на основе тетраэтоксисилана. 89
2.2.3.2.Силикатные композиционные покрытия на основе щелочного силиката. 9Г
2.233.Фосфатные композиционные покрытия на основе ортофосфорной кислоты..91
2.2.3.4.Силикатные покрытия на поверхности.; порошков: 92
231Методы исследования структуры и физико-химических свойств золь-гель систем и формируемых из них ксерогелей, покрытий и мембран. 93
23:1 .Экспериментальная методика малоуглового рассеяния рентгеновских лучей при изучении фрактальной структуры золь-гель нанокомпозитов. 95
2 3.2.Методика подготовки образцов и определения характеристик ионной проводимости жидкого электролита и электролитных силикофосфатных мембран 103
23.3.Подготовка и испытания платиносодержащих каталитических слоев, нанеселных на угольные электроды топливной полуячейки 104
4 2.3.4,Основные характеристики и принцип действия газоаналитической аппаратуры, для тестирования микросенсоров на различные газы при изменении относительной влажности и концентрации тестируемых газов: 105
2;4;Выраиотка обобщенных критериев оценки свойств золей; покрытий и мембран 109
2.5 Заключение; 1-І 2"
ГЛАВА 3 Научное обоснование иразработка путей синтеза золь-гель систем на основе тетраэтоксисилана, содержащих неорганические допанты и модифицирующие органические низко- и высокомолекулярные полиолы, для получения наноразмерных покрытий, отвечающих требованиям планарной; технологии микроэлектроники 113
3 Л .Золь-гельсистемы на основе тетраэтоксисилана, допированные неорганическими соединениями; . ..113
ЗЛ.І.Влияние неорганических допантов на процессы структурирования в золях;..! 13
3.1.1.1 Изменение реологических свойствзолей под влиянием неорганических допантов . 114
3. 1 1;.2;Исследование структуры допированных силикатных ксерогелей методом термического анализа. 123
ЗЛЛ.Влияние соотношения воды и минеральной кислоты, а также природы: органических:растворителей на устойчивость и пленкообразующие свойства золей: 125
3 Л.3. Статистический подход при оценке пленкообразующей способности зол ей:. Л 34 3.1.4.Эллипсометрические измерения — экспресс-метод оценки пленкообразующих
свойств золей: 138
ЗЛ.5.Коллоидный подход при оценке устойчивости золь-гель систем. 138;
3.2.Золь-гель системы на основе тетраэтоксисилана, допированные неорганическими допантами и модифицированные низко- и высокомолекулярными
соединениями; 144
3:2.1.Устойчивость гибридных органо-неорганических золь-гель систем. 145
3.2.2.Морфология поверхности формируемых покрытий 149
3.2,3.Явления деструкции в ксерогелях и покрытиях, полученных из золей с добавками органических модификаторов 156
З.З.Заключение. 159
ГЛАВА 4.Научное обоснование и разработка путей синтеза дисперсных золь-гель систем: тетраэтоксисилан-неорганический допант— органический модификатор-дисперсный оксидный наполнитель, для получения тонкослойных силикатных и гибридных органо-неорганических покрытий на металлах и сплизах, а также на оксидных порошках. 165
4. Г. Выявление и исследование влияния различных физико-химических и технологических факторов на устойчивость и кроющую способность дисперсий и макроструктуру формируемых покрытий 165
4.1.1.Ультразвуковое воздействие. 165
4.1 2. Влияние органических модификаторов - полиолов на смачивающую способность золей и суспензий 169
4.2.Влияние высокомолекулярныч полиолов разветвленного строения на структуру гибридных органо-неорганических покрытий 170
4.3.Влияние природы и концентрации наполнителя на свойства получаемых ксерогелей и формируемых стеклокерамических покрытий 175
4.4.Заключение 179
ГЛАВА З. Гелеобразование, явления фазового разделения и кристаллизации в золь-гель системах на основе различных прекурсоров: тетраэтоксисилан, ортофосфорная кислота, водорастворимые щелочные силикаты 182
ЗЛ.Продукты гелеобразования в силикофосфатных золь-гель системах 182
5.1.1 .Феноменологические наблюдения 182
5.1.2.Фрактальная структура получаемых силикофосфатных ксерогелей 185
5.1.2.1. Особенности исследования силикофосфатных нанокомпозитов с многоуровневой фрактальной структурой 196
5.1.2.2.Влияние нанодисперсного наполнителя - ультрадисперсного алмаза - на фрактальную структуру силикофосфатных ксерогелей. 199 s
5.2.Расслоение и кристаллизация в наноразмерных силикатных покрытиях. 206
5.2.1.Механизмы фазового расслоения в силикатных покрытиях с высоким содержанием неорганических допантов:... 206
5.2.2;Допанты и органические модификаторыв роли темплатов. 214
5.3;Особенности кристаллизации в золь-гель системах на основе силикатов калияв: присутствии полимерных солей аммония. 216
5.43аключение; 220
ГЛАВА 6. Физико-химич ее кие явления; происходящие в процессе формирования - наноразмерных силикатных гибридных покрытий.. 224
6; 1,Влияние условий нанесенияна структуру формируемых покрытий; 224
6г2:Влияние режима термообработки на состав и структуру наноразмерных. силикатных покрытий- 228
6;3;3аключение: 233
ПЛАВА I. Взаимодействие наноразмерных гибридных силикатных покрытийс нижележащими слоями : 234
7.1.Текстурирование наноразмерных силикатных покрытий под влиянием структуры -подложки. 234
7.2.Рост кристаллитов в наноразмерных силикатных: покрытиях под влияниeм нижележащих слоев 235
7.3.Изменение показателя преломления наноразмерных силикатных покрытий под влиянием материала подложки., 238;
7.4:Взаимодействие порошка оксида алюминия с силикатным гибридным покрытием, нанесенным на его поверхность 240"
7.5.3аключение 243
ГЛАВА 8. Особенности применения силикатных гибридных покрытий:и мембран в промышленности 246
8.1..Наноразмерные покрытия в цикле изготовления газовых полупроводниковых сенсоров 246
8.1.1. Легирование пол и кристаллических материалов диффузией из покрытий. 249
8.1.1 .[.Легирование газочувствительного слоя диоксида олова 250
8.1.1.2.Легирование поликристаллического кремния. 257
8; 1.2.Каталитическое действие силикатных покрытий, содержащих Pt, Pd или Мп:257 8.1.2.1 .Использование каталитических покрытий для улучшения рабочих параметров газовых~еенсоров. 257
8.1.2.2.Повышение чувствительности адсорбционных газовых сенсоров на основе SIIOT К углекислому газу 263
8Л .3.Формирование тонкостенных кремниевых мембран. 264
8.2.Тонкослойные гибридные органо-неорганические мембраны и каталитические слои для электрохимических устройств генерирования и хранения электрической энергии (топливные элементы и суперконденсаторы). 270
8.2Л.Каталитические слои 270
8.2.2:Протоноироводящие мембраны 274
8.3.Применение порошковых материалов с модифицированной поверхностью в процессе нанесения плазменных покрытий 277
8.4.Гибридная органо-неорганическая температуроустойчивая изоляция для обмоточных проводов малого сечения. 279
8.5.Светорассеивающие силикатные покрытия, модифицированные органической компонентой. 282
8.6.Заключение 285
Выводы по работе 290
Литература
