Год издания: 2022
Ключевые слова: наноматериал, нанослой, наночастица, твердофазная реакция, кинетика, интерметаллическое соединение (интерметаллид), структурные фазовые превращения, in situ исследования, просвечивающая электронная микроскопия, дифракция электронов, синхронный термический анализ
Аннотация: Функциональные наноматериалы в виде нанослоев и наночастиц широко используются в устройствах микро- и наноэлектроники, фотовольтаики, солнечной энергетике, медицине (диагностика, лечение), при этом достаточно часто при их получении или применении используют твердофазные реакции. Существенной проблемой является исследование механизмПоказать полностьюов контролируемого воздействия на кинетические особенности твердофазной реакции (температура инициирования реакции, скорость протекания реакции и т.д.) в многокомпонентной наносистеме, при этом далеко не всегда представляется возможным произвести теоретическое моделирование процесса твердофазной реакции, поэтому экспериментальное in situ исследование зачастую является единственной возможностью получить достоверную информацию о механизмах твердофазных реакций. Одним из возможных способов контроля твердофазного взаимодействия в наносистеме может быть использование дополнительных (промежуточных) нанослоев, которые могут выступать в качестве инициатора (индуктора) сопряженной реакции (химической индукции): когда одна реакция между двумя разнородными нанослоями инициирует другую реакцию с третьим слоем. Также промежуточные нанослои могут обеспечить надежный контакт между нанослоями в случае тонкопленочных наносистем, либо между ядром и оболочкой в случае с наночастицами с морфологией "ядро/оболочка". В этом случае промежуточный слой может выполнять различные функции – инициировать сопряженные реакции, либо обладать градиентной (или многослойной) структурой и обеспечивать за счет этого надежный контакт между ядром и внешней оболочкой.? Кристаллизация аморфного кремния, инициированная металлами, используется при создании тонкопленочных солнечных элементов, многослойные наноструктуры, могут использоваться для пайки или сварки нанообъектов. Однако в настоящее время не представляется возможным теоретически рассчитать температуру начала твердофазной реакции и последовательность фазообразования в конкретной наносистеме, особенно, в случае когда в реакции участвует более двух химических элементов. Разработка способов и выявление механизмов контролируемого воздействия на процесс твердофазной реакции в многокомпонентных наносистемах позволит получать принципиально новые наноматериалы, обладающие уникальными свойствами и востребованные в различных устройствах микро- и наноэлектроники, фотовольтаики, солнечной энергетике, медицине (диагностика, лечение) и т.д., что является одной из важных и актуальных задач современной химии твердого тела. Научная значимость решения данной проблемы обусловлена как необходимостью развития фундаментальных представлений о влиянии структурных, размерных и интерфейсных эффектов на кинетику твердофазных реакций в многокомпонентных наноматериалах, так и важностью таких материалов для высокотехнологичных областей экономики и медицины. Так, в рамках выполнения данного проекта будет разработан оригинальный метод получения наночастиц со структурой "ядро/оболочка" и с помощью этого метода будут получены уникальные наночастицы с ферромагнитным ядром и оболочкой из золота, перспективные для применения в медицинских целях (для диагностики и лечения заболеваний, в том числе и онкологических). Известно, что наночастицы крайне редко применяют в медицине в чистом виде, как правило, их покрывают биоинертным материалом, в данном случае эту роль играет золото.? Научная новизна настоящих исследований заключается в получении новых экспериментальных данных о способах контролируемого воздействия на процесс твердофазной реакции (температура инициирования реакции, скорость протекания реакции и т.д.) в многокомпонентной наносистеме. Будут исследованы тонкопленочные наносистемы, в которых между двумя разнородными наноматериалами (в виде нанослоя и/или наночастицы) присутствует дополнительный промежуточный слой, который выполняет различные функции, например, позволяет инициировать сопряженные реакции, либо обеспечивает соединение между разнородными наноматериалами между которыми отсутствует надежный контакт. Впервые будут проведены эксперименты по инициированию процесса кристаллизации аморфного кремния (a-Si) с помощью сопряженных реакций, что, как ожидается, приведет к существенному понижению температуры начала кристаллизации a-Si. Будет изучен механизм влияния сопряженных реакций на кинетику процесса твердофазной реакции и процесс фазообразования в многослойных тонкопленочных наносистемах, полученных на основе Al/Pt, Al/Pd, и др. Будут разработаны фундаментальные физико-химические основы модификации наночастиц, в том числе с использованием промежуточного слоя (или слоев), обеспечивающего надежный контакт между ядром и внешней оболочкой. Это позволит получать функциональные наночастицы, которые не могут быть получены в настоящее время с помощью традиционных подходов. ?