Синтез и изучение строения тонких мезопористых плёнок диоксида титана на кремнии, полученных методом золь-гель синтеза

Введение..............................................................................................4
1. Литературный обзор...........................................................................5
1.1. Методы синтеза высокодисперсных оксидных материалов с заданной
структурой............................................................................................5
1.1.1. Золь-гель процессы..........................................................................7
1.1.2. Гидролиз алкоголятов металлов......................................................10
1.1.3. Гидролиз неорганических солей и комплексов титана..........................15
1.1.4. Темплатный синтез......................................................................18
1.1.5. Темплатный синтез мезопористого ..............................................21
1.1.6. Анодное окисление металлического титана........................................22
1.1.7. Нанесение покрытий на плоские подложки с помощью dip-coating..........25
1.2. Свойства ..................................................................................28
1.2.1. Кристаллическая структура ......................................................28
1.2.2. Термодинамическая стабильность полиморфных модификаций .........29
1.2.3. Полупроводниковые свойства ....................................................30
1.2.4. Применение мезопористого диоксида титана.....................................32
1.2.5. Заключение по литературному обзору...............................................36
2. Экспериментальная часть....................................................................38
2.1. Синтетические методы.....................................................................38
2.1.1. Исходные вещества.......................................................................38
2.1.2. Методика приготовления золя..........................................................38
2.2. Аналитические методы.....................................................................38
2.2.1. Рентгенофазовый анализ.................................................................38
2.2. 2. Растровая электронная микроскопия ................................................42
2.2.3. Измерение площади поверхности и пористости методом капиллярной
конденсации азота..................................................................................42
2.2.4. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия...................................44
2.2.5. Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия.............................45
3. Результаты и их обсуждение................................................................48
3.1. Синтез тонких мезопористых плёнок .............................................48
3.1.1. Проведение процесса dip-coating на кремнии..................................... 48
3.1.2. Подготовка кремниевой подложки...................................................48
3.1.3. Получения раствора золя.................................................................48
3.1.4. Получение покрытия на поверхности кремния методом dip-coating.....50
3.1.5. Получение ксерогелей....................................................................50
3.2. Исследование мезопористых плёнок ..............................................52
Выводы...............................................................................................63
Список использованной литературы..........................................................64
Купить

Создание новых, а также улучшение характеристик уже существующих
материалов является важнейшей задачей материаловедения на сегодняшний день.
Возрастающий темп развития технологии и науки требует создания новых
материалов с высокими эксплуатационными свойствами, обладающими
уникальными физическими и химическими характеристиками.
На данный момент одним из наиболее востребованных перспективных
материалов является диоксид титана. Объясняется это прежде всего хорошим
сочетанием физических и химических свойств данного материала. Особый интерес
представляют наноструктурированные материалы на основе TiO₂ – тонкие плёнки
и наночастицы. Область практического применения TiO₂ очень широка. Диоксид
титана и материалы на его основе могут быть использованы в различных областях
науки и техники: от создания новых солнечных элементов до использования в
качестве фотокатализаторов при очистке сточных вод, от создания новых способов
доставки лекарств к больным клеткам до использования в качестве белого
пигмента при приготовлении высококачественных красок.
Существует большое количество способов получения наноразмерных частиц
диоксида титана, но самым удобным и часто используемым является золь-гель метод.
Изучение литературных источников показало, что систематического
исследования на выявление закономерностей концентрации и молекулярной массы
темплата полиэтиленгликоля на удельную площадь поверхности и распределение
пор по размерам не проводилось. В соответствии с этим в данной работе были
сформулирована следующая основная цель:
Синтез титанкислородных мезопористых пленок на поверхности кремния,
изучение влияния концентрации и молекулярной массы темплата (ПЭГ) на
строение плёнок, а также изучение их химического состава и строения.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1. Разработка методики получения плёнок TiO₂ с различным диаметром пор
с помощью золь-гель метода синтеза из изопропоксида титана.
2. Изучение влияния концентрации и молекулярной массы темплата на
распределение частиц по размерам и удельную площадь поверхности.
3. Исследование физико-химических свойства синтезированных плёнок
TiO₂ различными физико-химическими методами исследования.
Определение диаметра пор, толщины плёнки, химического состава и
кристаллического строения полученной плёнки с помощью методов
рентгенофазового анализа (РФА), рентгеновской фотоэлектронной
спектроскопией (РФЭС), энергодисперсионной рентгеновской
спектроскопией (ЭРС), растровой электронной микроскопии (РЭМ),
методом капиллярной конденсации азота.
Купить