Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2022
Ключевые слова: водородная энергетика, фотокатализ, фотовольтаика, плазмоника, нанофотоника, фотонный кристалл, поглощение света, резонансный перенос энергии, инжекция горячих электронов, поверхностный плазмонный резонанс, анодный оксид титана
Аннотация: Методом двустадийного анодирования металлической фольги синтезирован ряд высокоупорядоченных наноструктурированных плёнок из оксида титана, обладающих высокой механической прочностью и хорошей адгезией к металлическому титану. Анализ изображений, полученных с помощью сканирующего микроскопа, показал, что трубки имеют “бамбукообразнПоказать полностьюую” структуру, однако, изменение диаметра по длине нанотрубок выражено недостаточно четко. Первичное анодирование образца для получения первого слоя нанотрубок проводилось при постоянном напряжении. После чего образец промывали и подвергали ультразвуковой обработке. Вторичное анодирование проводилось в тех же условиях при ступенчатом изменении напряжения, следствием чего стало возникновении выпуклостей вдоль поверхности трубки. Это привело к возникновению оптического периода, необходимого для существования фотонной запрещенной зоны - спектральной области длин волн, внутри которой свет не может распространяться через структуру, и на краях которой реализуется эффект медленных фотонов т.е. замедление групповой скорости света. Этот эффект обеспечивает более сильное взаимодействие света с веществом, что позволяет использовать фотонные кристаллы для широкого спектра фотокаталитических применений. С помощью 3D моделирования методом конечных разностей во временной области предсказано возникновение таммовских плазмон поляритонов в “бамбукообразных” нанотрубчатых анодных фотонных кристаллах на основе оксида титана. Такой специфический вид фотоннокристаллического материала выбран необходимостью описать спектральные свойства реально синтезируемых образцов. Изучено влияние толщины стенок нанотрубок на спектральное положение фотонной запрещённой зоны. Вариация толщин стенок нанотрубок. приводит к смещению запрещенной зоны в длинноволновую область спектра, которое вызвано увеличением эффективной диэлектрической проницаемости оптических слоёв фотонного кристалла при увеличении толщины стенок нанотрубок. В качестве металлического слоя, ограничивающего фотонный кристалл, были рассмотрены золото, титан и нитрид титана. С помощью временной теории связанных мод определены оптимальные толщины металлических слоёв. Результаты оказались близки к данным на основе прямого счёта. В каждом случае в спектре отражения и поглощения структуры образуется полоса поглощения. Расчёт интегрального поглощения в структуре для диапазона 450 – 600 нм показал, что наибольшее интегральное поглощение достигает при нанесении слоя нитрида титана и достигает 58.2 %, что важно для фотокаталитических приложений.