Спросить
Войти
Категория: Нанотехнологии

РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ZNO, SIO2, TIO2

Автор: Нещименко В.В.

УДК 535.34

В.В. Нещименко

РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ

НА ОСНОВЕ гпО, SiO2, ТЮ2

Исследовали влияние протонов (Е=100 кэВ и Ф=5х1015 см&2) на спектры диффузного отражения полых частиц, микрО&и нанопорошков ГпО, SiO2, ТЮ2. По разностным спектрам диффузного отражения установлено, что радиационная стойкость полых частиц выше, чем у микрочастиц.

RADIATION STABILITY OF ZnO, SiO2, TiO2NANOSTRUCTURED MATERIALS

The effect of protons irradiation (E = 100 keV and Ф = 5x1015 cm2) on the spectra of diffuse reflection of hollow particles, micro- and nanopowdersZnO, SiO2, TiO2 was investigated. Change in spectral reflectance showed that the radiation stability of hollow particles is higher than that of microparticles.

Одним из перспективных способов решения проблемы создания фото- и радиационностойких покрытий может быть использование в качестве пигмента микросфер - полых частиц с высокой удельной поверхностью. В таких структурах объемные радиационные дефекты будут возникать с меньшей вероятностью, а поверхностные дефекты будут рекомбинировать в тонком слое микросферы. Большая часть ионизирующего излучения будет создавать дефекты в глубине покрытия, но этот слой в наименьшей степени способен влиять на оптические свойства покрытия. Важно отметить, что нано-структурные материалы в виде микросфер будет иметь малый вес и низкую теплопроводность по сравнению с пигментами-поликристаллами, что уменьшит собственный вес космического аппарата.

Синтез полых частиц ZnO и Ti02 осуществляли гидротермальным методом [1, 2, 3], для оксида цинка использовали ацетат цинка, для диоксида титана - изопропоксид титана. Микросферы Si02 были получены методом послойного осаждения тетраэтилсиликата на полистирольные шарики.

Из полученных на растровом электронном микроскопе микрофотографий установлено (рис. 1), что в ходе реакции образуются частицы сферической формы размером от 500 до 5000 нм, часть из которых скреплены между собой. Выход частиц сферической формы составляет порядка 90%.

Измерение спектров R^ производили в атмосфере в области 200-2500 нм спектрофотометром PerkinElmerLambda 950 (диаметр интегрирующей сферы - 150 мм, шаг 5 нм/с). Облучение осуществляли в вакууме 2,5 10-4 Па при комнатной температуре протонами с энергией 100 кэВ, флюен15 2 12 2 1

сом 5 10 см" , при плотности потока 110 см" с .

Из полученных спектров диффузного отражения следует (рис. 2), что коэффициент отражения (R) для порошков микро-, нанопорошков и полых частиц ZnO, Si02H Ti02 достигает 80%, в ближней

Выпуск 79, 2017

Вестник АмГУ

183

ИК-области происходит его уменьшение до 20-40%. Для микросфер и наночастиц характерно высокое поглощение в ближней ИК-области, что связано с высоким поглощением адсорбированных газов на развитой поверхности данных частиц.

Рис. 1. Морфология поверхности частиц ГпО (А), ТЮ2(Б) и $Ю2(В).

Рис. 2. Спектры диффузного отраженияГпО (А), ТЮ2(Б) и Si02(B).

После облучения порошков протонами с энергией 100 кэВ и флюенсом 5х1015 см-2 в разностных спектрах диффузного отражения (ДRx = Ям - RxФ, где и Rxф - спектры диффузного отражения до и после облучения соответственно), являющимися спектрами наведенного поглощения (рис. 3), отмечено появление широкой полосы в видимой области спектра 3,3-2 эВ для оксида цинка. Для различных типов частиц интенсивность различная.

В спектрах микропорошков ТЮ2 поглощение регистрируется по всему спектру и имеет два пика вблизи значений 3,08 и 1,5 эВ, тогда как в спектрах нанопорошков и полых частиц в ближней ИК-области поглощение незначительно по сравнение с полосой поглощения в видимой области.

Рис. 3. Разностные спектры диффузного отражения ZnO (A), Ti02 (Б) и Si02 (В) после облучения протонами 100 кэВ.

Во всей области спектра коэффициент поглощения нанопорошков Si02 значительно больше коэффициента поглощения микропорошков и полых частиц. Такое соотношение связано с поглощением дефектами, расположенными на поверхности E&s и представляющими собой локализованные на границе твердого тела атомы трехкоординированного кремния с неспаренным электроном, концентрация которых на развитой поверхности нанопорошков значительно больше, чем у микропорошков. Высокое количество оборванных связей в аморфном кремнии приводит к образованию большого количества вакансий по кислороду, способных захватывать термолизованные протоны, образуя Е&р.

Из спектров следует, что при облучении протонами деградация спектра диффузного отражения нанопорошков больше по сравнению с микопорошками во всей спектральной области. Это следствием того, что при действии протонов происходит как ионизация, так и упругие взаимодействия. В полых частицах вероятно ожидать малые ионизационные потери по сравнению с объемными микропорошками. В спектрах как микро-, так и нанопорошков отличие значений Ар для разных полос достигает двух и более раз.

Выпуск 79, 2017

Вестник АмГУ

185

Выполненные исследования показали, что коэффициент отражения в спектрах диффузного отражения пигментов и покрытий микропорошков выше, чем у полых частиц, особенно в ИК-области. Установлено, что радиационная стойкость к воздействию протонов пигментов у полых частиц выше, чем у микрочастиц. Такой эффект может быть связан с релаксацией дефектов на развитой поверхности полых частиц и малыми ионизационными потерями в них [4, 5].

1. Kim, Y.J., Chai S.Y., Lee W.I. Control of Ti02 structures from robust hollow microspheres to highly dispersible nanoparticles in a tetrabutylammonium hydroxide solution // Langmuir. - 2007. - V. 23. - P. 9567-9571.
2. Chenglin, Yan, Dongfeng, Xue. Polyhedral construction of hollow ZnO microspheres by C02 bubble templates // J. Alloy. Compd. - 2007. - V. 431. - P. 241-245.
3. Wenjiang, Li, Xiaoxiang, Sha, Wenjun, Dong, Zichen. Wang Synthesis of stable hollow silica microspheres with mesoporous shell in nonionic W/O emulsion // Chem. Commun. - 2002. - P. 2434-2435.
4. Mikhailov, M.M., Li, Chundong, Neshchimenko, V.V. Optical property degradation of titanium dioxide micro-and nanopowders under irradiation // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. - 2014. - V. 333. -P. 52-57.
5.Mikhailov, M.M., Neshchimenko, V.V., Yuryev, S.A. Optical properties and radiation stability of submicro- and nanopowders titanium dioxide measured in situ // Radiation Physics and Chemistry. - 2016. - V. 121. - P. 10-15.
НАНОЧАСТИЦЫ nanoparticles ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА optical properties РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ radiation stability
Другие работы в данной теме:
Стать экспертом Правила
Контакты
Обратная связь
support@yaznanie.ru
ЯЗнание
Общая информация
Для новых пользователей
Для новых экспертов