Вплив термічного відпалу та умов синтезу на властивості парамагнітних центрів у кремнеземах, інфільтрованих розчином сахарози
Вантажиться...
Дата
2020
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Актуальність теми: Світловипромінювальні матеріали, що мають широкосмугову видиму фотолюмінесценцію, привертають велику увагу з точки зору застосування у сучасній оптоелектроніці та системах штучного освітлення. Але більшість сучасних матеріалів, що випромінюють денне світло, містять домішки важких металів, включаючи перехідні та рідкоземельні метали, що призводить до небажаного впливу на оточуюче середовище. В якості альтернативи перспективним є застосування нанокомпозитів SiO2:C, що є екологічно-чистими, мають фотолюмінесценцію у ближньому ультрафіолетовому та видимому діапазоні, а спектральні властивості випромінювального ними світла можуть бути керовані шляхом змін умов синтезу. Вуглецеві наночастинки є домінуючими випромінювальними центрами у нанокомпозитах SiO2:C, тому вивчення їх фізичних властивостей залежно від умов синтезу є актуальною задачею для подальшого застосування цих матеріалів у сучасних оптичних та оптоелектричних приладах.
Об’єкт дослідження: нанокомпозити SiO2:C, виготовлені шляхом інфільтрації розчину сахарози різної концентрації (800, 400, 200, 8, 0.8 і 0.08 ммоль/л) із подальшим термічним відпалом за температур 300°С та 400°С в атмосфері азоту.
Предмет дослідження: модифікація електронних та магнітних властивостей нанокомпозити SiO2:C в залежності від концентрації сахарози та термообробки.
Мета роботи: з’ясування впливу концентрації сахарози та термообробки на властивості парамагнітних центрів у нанокомпозитах SiO2:C. Аналіз отриманих даних та надання рекомендації щодо подальшого дослідження та застосування досліджених нанокомпозитів SiO2:C.
Методи дослідження: електронний парамагнітний резонанс.
Відомості про обсяг звіту, кількість ілюстрацій, таблиць, додатків і літературних найменувань за переліком використаних: 85 сторінок звіту, 36 ілюстрацій, 55 літературних найменувань.
Мета індивідуального завдання, використані методи та отримані результати: Методом електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) дослідити модифікацію електронних та магнітних властивостей нанокомпозитів SiO2:C, в залежності від концентрації сахарози (800, 400, 200, 8, 0.8 і 0.08 ммоль/л) та термообробки. За допомогою моделювання спектрів ЕПР отримати та проаналізувати температурну залежність параметрів спектрів ЕПР (інтегральної інтенсивності, резонансного положення лінії, ширини лінії та параметра асиметрії лінії).
Встановлено особливості електронних та магнітних властивостей нанокомпозитів SiO2:C в залежності від концентрації сахарози та термообробки. Зокрема встановлено, що збільшення концентрації сахарози та термічного відпалу призводить до збільшення спінової концентрації парамагнітних центрів у нанокомпозитах SiO2:C. Встановлено, що концентрація електронів провідності та обмінна взаємодія між електронами провідності та локалізованими електронами зменшується із збільшенням температури термічного відпалу. Виявлено слабку антиферомагнітну взаємодію між магнітними моментами локалізованих спінів. Встановлено, що в якості електронів провідності у нанокомпозитах SiO2:C виступають вуглецеві радикали у sp3-гібридизованому стані, пов’язані з киснем, причому кількість кисню навколо цих радикалів зменшується зі збільшенням температури відпалу зразків. Виявлено, що роль локалізованих електронів у нанокомпозитах SiO2:C відіграють вуглецеві точки. Припущено, що за високих температур взаємодія між нелокалізованими та локалізованими центрами зменшується, що призводить до звуження лінії ЕПР.
Результати, отримані в даній роботі, показують, що у нанокомпозитах SiO2:C, отриманих шляхом інфільтрації розчину сахарози, утворюються вуглецеві точки та вуглецевомісткі радикали, пов’язані з киснем, які мають відповідати за фотолюмінесценцію у цих зразках. Нанокомпозити SiO2:C, інфільтровані розчином сахарози із низькою концентрацією, що мають інтенсивну фотолюмінесценцію, можуть бути застосовані для виготовлення флюорофорів та світлодіодів, в той час як нанокомпозити SiO2:C, інфільтровані розчином сахарози із високою концентрацією, які мають високу електричну провідність, можуть застосовуватись при виготовленні оптоелектронних приладів, зокрема фотоелементів.
Опис
Ключові слова
вуглецеві точки, електронний парамагнітний резонанс, кремнезем-вуглецеві нанокомпозити, вуглецевомісткі нанокомпозити, обмінна взаємодія, електрони провідності, локалізовані електрони, carbon dots, carbon-containing nanocomposites, silica-carbon nanocomposites, conduction electrons, localized electrons, exchange interaction, electron paramagnetic resonance
Бібліографічний опис
Аврамишин, С. С. Вплив термічного відпалу та умов синтезу на властивості парамагнітних центрів у кремнеземах, інфільтрованих розчином сахарози : магістерська дис. : 104 Фізика та астрономія / Аврамишин Станіслав Степанович. – Київ, 2020. – 94 с.