РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
2.1. Приготування та обробка твердих плівок С60, С70 і Cu–С60
Фізичні характеристики плівок можуть суттєво відрізнятися від їх значень в
об’ємі. Вивчення властивостей плівок фулеренів, враховуючи можливість їх
широкого використання як унікальних наноструктурних функціональних матеріалів,
які поєднують особливості органічних та неорганічних структур, має важливе
значення. Одержання плівок С60 та С70, а також фулеренів з міддю в даній роботі
базується на методі вакуумного випаровування та конденсації.
Фулеренові плівки товщиною від 100 до 2000 нм вирощувалися на підкладинках
шляхом вакуумної сублімації порошків С60 і С70 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), нержавіючої сталі при кімнатній або більш високих
температурах.
Поверхня підкладинок попередньо прогрівалася протягом двох годин і оброблялася
в тліючому розряді постійного струму при тиску робочого газу (аргону) 10 Па. З
метою видалення газів та молекул органічних розчинників з фулеренів заповнене
джерело сублімації протягом багатьох годин прогрівалося при температурі
(~ 500 K), меншій за температуру випаровування. Робоча температура сублімації
дорівнювала ~ 730 K. Товщина плівок контролювалась по зсуву частот
прокаліброваного кварцового вібратора.
Одношарові мідь–фулеренові (Cu–С60) плівки осаджувалися при одночасовому
випаровуванні у вакуумі атомів міді та сублімації молекул фулеренів С60 з двох
джерел. Плівки наносилися на попередньо окислені пластини кремнію з орієнтацією
поверхні (100). Різна концентрація компонент одержувалася при зміні швидкісті
випаровування атомів міді. Для досліджень вибиралися зразки з концентрацією
атомів міді в межах від 4 до 20 мас. % міді. Концентрація компонентів в плівках
визначалась із застосуванням рентгеноспектрального аналізу. Точність визначення
масової долі міді складала 0,1 % [57].
Стан плівок С60, С70 та Cu–С60 змінювався при термічному відпалі на повітрі та
в атмосфері аргону. Відпал проводився при температурах 393, 453, 473 K протягом
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 властивостей фулеренів була проведена при опроміненні г–квантами з
використанням гармати Co60. Зразки також опромінювались електронами з енергією
1,8 МеВ на лінійному прискорювачі ИЛУ–6. Доза опромінення змінювалася в
широкому діапазоні від 50 до 400 МРа. Для визначення механізму дії
високоенергетичного опромінення на вуглецеві матеріали в роботі також
досліджувалися пориста структура вихідних гідратцелюлозних плівок, активованих
вуглецевих волокон та дефектна структура і зміна хіральності нанотрубок.
Морфологія, кристалічна та пориста структура вуглецевих наноматеріалів
визначалися із застосуванням рентгенівської велико- та малокутової,
просвічуючої електронної дифрактометрії, просвічуючої, растрової,
високороздільної електронної та атомно–силової мікроскопії. При проведенні цих
досліджень використовувалися рентгенівський дифрактометр ДРОН–3М, просвічуючий
електронний мікроскоп ЭМ–125К, растровий електронний мікроскоп РЕММА–200,
високороздільний електронний мікроскоп CM 20 FEG (Philips), скануючий атомний
силовий мікроскоп NanoScope IIIa у режимі періодичного контакту (Tapping
Mode).
Із-за можливості, особливо в плівках, легованих міддю, утворення багатофазних
структур при малих значеннях інтенсивності розсіяння рентгенівських променів,
дослідження тонких плівок були виконані в режимі набору імпульсів. Вивчення
дифракції від плівок фулеренів проводилися на монохроматизованому
випромінюванні при застосуванні плоских кристалів LiF (200). Джерелами
рентгенівського проміння вибиралися трубки з мідним та кобальтовим анодами.
Враховуючи значні величини параметрів гратки твердих фулеренів, вимірювання
інтенсивності дифрагованих променів на малих кутах були виконані при
застосуванні додаткових коліматорів на падаючому та розсіяному променях, які
дозволили суттєво зменшити розсіяння на повітрі. Вимірювання інтенсивності
проводилися з інтервалом 0,05°.
2.2. Вимірювання спектрів раманівського розсіяння та фотолюмінесценції твердих
плівок С60, С70 і Cu–С60
Виникнення раманівського (комбінаційного) 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 з фотоном молекула або кристал переходять із основного
коливального стану н = 0 у збуджені стани [58]. Визначення коливальних станів
молекул та кристалів можливе при вивченні спектру комбінаційного розсіяння
світла, що передбачає початкове збудження коливань з подальшим вимірюванням
значень енергій розсіяних квантів світла .
На рис. 2.1 приведена блок–схема одержання та реєстрації спектрів раманівського
розсіяння світла.
Вона включає освітлювальну систему, в якій за рахунок збуджуючого
випромінювання одержують комбінаційне розсіяння світла від зразка. Це світло за
допомогою двохпроменевого спектрометра ДФС–24 розкладається в спектр з
виділенням резонансного розсіяння з енергіями і реєструється з допомогою
приймача та лічильника імпульсів. В схемі вимірювання комбінаційного розсіяння
світла передбачені комп’ютерна автоматизац
- Киев+380960830922