Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2022
Идентификатор DOI: 10.31772/2712-8970-2022-23-4-763-770
Ключевые слова: zirconia, photonic crystal, inverse opal, template synthesis, electron microscopy, диоксид циркония, фотонный кристалл, инверсный опал, темплатный синтез, электронная микроскопия
Аннотация: Диоксид циркония обладает высокой диэлектрической проницаемостью и высокой термической стабильностью. Существует множество методов синтеза нанокристаллических материалов из диоксида циркония. В их число входит гидротермальный синтез, газофазные химические реакции, криохимический синтез, методы плазмохимии - эти методы отличаются доПоказать полностьюроговизной и сложностью. В данной работе предложен относительно простой метод управления ростом нанокристаллов диоксида циркония путем синтеза в полимерных шаблонах (темплатный синтез инверсных опалов). Инверсные опалы обладают уникальными физико-химическими свойствами, поэтому они могут находить широкое применение в оптике, оптоэлектронике, биологических исследованиях, катализе, в функциональной керамике, что актуально и в ракетно-космической отрасли. В качестве исходного материала использовали водно-спиртовой раствор оксихлорида циркония, которым пропитывали шаблоны из монодисперсных субмикронных сферических частиц из полиметилметакрилата. После пропитки этих шаблонов, раствор затвердевал в условиях ограниченного пространства пор размером 20-40 нм. После этого проводили обжиг полученных шаблонов для удаления полимерной матрицы. При этом формировались структуры, состоящие из нанокристаллов диоксида циркония. Методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии проведена оценка морфологии полученных материалов и показано, что в условиях ограниченной диффузии диоксид циркония образует кристаллы размерами 10-30 нм. Также, в зависимости от температуры прокаливания, получаются материалы с разными кристаллическими модификациями. В результате показано, что водно-спиртовые растворы оксихлорида циркония являются удобным средством для получения методом темплатного синтеза нанокристаллических материалов, в том числе инверсных опалов из диоксида циркония. Zirconia has a high dielectric constant and high thermal stability. There are many methods for the synthesis of nanocrystalline materials from zirconium dioxide. These include hydrothermal synthesis, gasphase chemical reactions, cryochemical synthesis, plasma chemistry methods - these methods are expensive and complex. In this work, we propose a relatively simple method for controlling the growth of zirconium dioxide nanocrystals by synthesis in polymer templates (template synthesis of inverse opals). Inverse opals have unique physical and chemical properties, so they can be widely used in optics, optoelectronics, biological research, catalysis, functional ceramics, which is also relevant in the rocket and space industry. As a starting material, we used a water-alcohol solution of zirconium oxychloride, with which we impregnated templates of monodisperse submicron spherical particles of polymethyl methacrylate. After impregnation of these templates, the solution solidified in a limited pore space of 20-40 nm. After that, we fired the resulting templates to remove the polymer matrix. In this case, structures consisting of zirconium dioxide nanocrystals were formed. Using the methods of scanning and transmission electron microscopy, we assessed the morphology of the obtained materials, and showed that under conditions of limited diffusion, zirconium dioxide forms crystals with a size of 10-30 nm. Also, depending on the calcination temperature, materials with different crystalline modifications are obtained. As a result, we have shown that aqueous-alcoholic solutions of zirconium oxychloride are a convenient means for obtaining nanocrystalline materials, including inverse opals from zirconium dioxide, by template synthesis.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал
Выпуск журнала: Т.23, №4
Номера страниц: 763-770
ISSN журнала: 27128970
Место издания: Красноярск
Издатель: Сибирский государственный университет науки и технологий им. акад. М.Ф. Решетнева