РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
2.1. Приготування та обробка твердих плівкових зразків С60
Властивості плівкових матеріалів можуть суттєво відрізнятися від їх поведінки в
об‘ємі. Вивчення властивостей плівок фулеренів, враховуючи можливість їх
широкого використання в якості унікальних наноструктурних функціональних
матеріалів, які поєднують особливості органічних та неорганічних структур, має
важливе значення. Одержання плівок С60, а також фулеренів з міддю та титаном в
даній роботі базується на методі вакуумного випаровування та конденсації.
Фулеренові плівки товщиною від 100 до 2000 нм були вирощені на підкладинках
шляхом вакуумної сублімації порошків С60 із танталової або вольфрамової
еффузійних комірок. Чистота порошків була не гіршою 99,9 %. Підкладинками
вибиралися кристали NaCl з площиною сколу (100), слюди – (0001), кварцу –
(0001), кремнію – (100) та нержавіючої сталі при кімнатній температурі.
Поверхня підкладинок попередньо прогрівалася на протязі декількох годин і
оброблялась в тліючому розряді постійного струму при тиску робочого газу
(аргону) 10 Па. З метою видалення газів та молекул органічних розчинників
джерело сублімації також на протязі багатьох годин прогрівалося при температурі
(~ 500 K), меншій за температуру випаровування. Робоча температура сублімації
дорівнювала ~ 730 K. Товщина плівок контролювалась по зсуву частини
прокаліброваного кварцового вібратора.
Одношарові мідь–фулеренові (Cu–С60) та титан-фулеренові (Ti–С60) плівки були
одержані методом одночасового випаровування у вакуумі міді та сублімації
фулеренів С60 з двох джерел. Плівки наносилися на попередньо окислені пластини
кремнію з орієнтацією поверхні (111). Концентрація зразків змінювалася
швидкістю випаровування міді в межах від 0 до 52 ваг. % міді. Концентрація
компонентів в плівках визначалась із застосуванням рентгеноспектрального
аналізу. Точність визначення масової долі міді складала 0,1 % [83, 84]. Стан
плівок С60, та Cu–С60, (Ti–С60) змінювався при термічному відпалі на повітрі в
атмосфері аргону. Відпал проводився при температурах 393, 453, 473 K на протязі
від 20 до 300 хвилин з подальшим повільним охолодженням до кімнатної
температури. Крім того, плівки оброблялися в тліючому розряді аргону при
напрузі розряду на катоді 500 В та густині струму 200 мА/см2. Радіаційна
модифікація стану плівок була проведена при опроміненні г–квантами з
використанням гармати Co60. Зразки також опромінювались з енергією 1,8 МеВ на
лінійному прискорювачі ИЛУ–6. Доза опромінення змінювалася в широкому
діапазоні.
Морфологія, кристалічна та пориста структура вуглецевих наноматеріалів
визначалися із застосуванням рентгенівської велико- та малокутової,
просвічуючої електронної дифрактометрії, просвічуючої, расторової,
високороздільної електронної та атомно–силової мікроскопії. Для проведення цих
досліджень використовувалися рентгенівський дифрактометр ДРОН–3М, просвічуючий
електронний мікроскоп ЭМ–125, растровий електронний мікроскоп РЕММА–200, високо
роздільний електронний мікроскоп CM 20 FEG (Philips), атомно–силовий
мікроскоп.
Дослідження тонких плівок, особливо плівок легованих металами, в яких можуть
утворюватися багатофазні структури, із-за незначної інтенсивності розсіяння
рентгенівських променів, вимагає застосування коректних методів визначення
розподілу дифрагованої інтенсивності. Вивчення дифракції тонких плівок
фулеренів проводилися на монохроматизованому випромінюванні при застосуванні
плоских кристалів LiF (200). Джерелами рентгенівського проміння вибиралися
трубки з мідним та кобальтовим анодами. Так як в кристалічній фазі фулеренам
відповідають структури з значними величинами параметрів гратки, то вимірювання
на малих кутах при застосуванні додаткових коліматорів на падаючому та
розсіяному променях дозволило суттєво зменшити розсіяння на повітрі і легко
врахувати ту частоту, яка залишилася.
2.2. Вимірювання спектрів комбінаційного (раманівського) розсіяння світла та
фотолюмінесценції твердих плівок
Виникнення раманівського розсіяння обумовлено модуляцією падаючої світлової
хвилі коливаннями молекул або кристалів. В рамках квантових уявлень
комбінаційне розсіяння світла є наслідком поглинання молекулою або кристалом
частини збуджуючої енергії падаючого фотона . В результаті такого непружного
зіткнення фотона молекула або кристал переходять із основного коливного стану н
= 0 у збуджений стан, рис. 2.1.
Рис. 2.1. Схема переходів при поглинанні та раманівському розсіяння світла.
Видно, що енергія збуджуючого кванта енергії світла недостатня, щоб молекула
після поглинання цієї енергії перешла із основного електронного стану El,0 у
збуджений електронний стан El,1 [84]. В той же час її достатньо, щоб перевести
молекулу у збуджений коливальний стан. В залежності від того, в який збуджений
коливальний стан н = 1, 2, 3... переводиться молекула розсіяний квант світла
має енергії, які визначаються з наступних рівнянь:
(2.1)
Тут , – коливальна енергія молекули або оптичного фонона кристалу в першому,
другому збудженому коливальному стані, відповідно. Таким чином, при постійному
значені енергії збудження , дискретні значення енергій відповідають коливальним
станам молекул або кристалів. Визначення коливальних станів молекул та
кристалів можливе при вивченні спектру комбінаційного розсіяння світла, що
передбачає початкове збудження коливань з подальшим вимірюванням значень .
На рис. 2.2 приведена блок–схема одержання та реєстрації спектрів
комбінаційного розсіяння світла.
Вона включає освітлювальну систему, в якій за рахунок збуджуючог
- Київ+380960830922