Особенности формирования пленок оксида кремния, модифицированных наночастицами металла

Особенности формирования пленок оксида кремния, модифицированных наночастицами металла

Автор: Павленко В.И., Городов А.И., Ястребинский Р.Н., Лебедев М.С., Кашибадзе В.В.

Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild

Рубрика: Применение нанотехнологий и наноматериалов в строительстве

Статья в выпуске: 5 т.15, 2023 года.

Бесплатный доступ

Введение. Пленочные покрытия на основе оксида кремния обладают уникальными свойствами и широко распространены в различных областях промышленности, в том числе в строительстве. В работе представлены результаты по получению пленки из полиалкилгидроксисилоксановой жидкости в присутствии наноразмерных частиц металлического висмута. Материалы и методы исследования. Для получения наночастиц висмута использовали метод лазерной абляции металлического висмута в водной среде. Обработка поверхности мишени лазерным лучом производилась на рабочей станции иттербиевого импульсного волоконного лазера. Размер частиц и электрокинетические свойства коллоидных золей висмута определяли методом динамического рассеяния света. После высушивания порошок Bi добавляли в полиалкилгидроксисилоксановую жидкость. Методом окунания на стеклянные подложки нанесены тонкие пленки, отвержденные при разных режимах термообработки. Полученные пленки были оценены с помощью СЭМ, а также с использованием рентгенофазового анализа и ИК-Фурье спектроскопии. Результаты и обсуждение. В работе обсуждаются электрокинетические свойства коллоидных золей висмута. Лазерная абляция висмутовой подложки приводит к увеличению электропроводности и возникновению двойного электрического слоя в коллоидном золе. Показано влияние температуры отверждения на свойства покрытия. Установлено, что малое содержание наночастиц висмута в полиалкилгидроксисилоксановом покрытии (3% масс.) не приводит к образованию кристаллических фаз. При этом состав пленки и режим термической обработки влияют на ближний порядок молекулярных связей. Повышение содержания наночастиц висмута в покрытии до 10% масс. способствует появлению в системе микрокристаллических фаз силикатов висмута. Заключение. Полученные в ходе исследования результаты дополняют сведения о получении наночастиц висмута методом лазерной абляции и имеют большое значение в практике создания композиционных пленок.

Еще

Полиалкилгидроксисилоксан, диоксид кремния, наночастицы висмута, лазерная абляция, электрокинетический потенциал, покрытия, ик-спектроскопия, силикаты висмута, органический кремний

Короткий адрес: https://sciup.org/142238821

IDR: 142238821   |   DOI: 10.15828/2075-8545-2023-15-5-465-473

Список литературы Особенности формирования пленок оксида кремния, модифицированных наночастицами металла

  • Valtchev V.P., Faust A.C., Lézervant J. Rapid synthesis of silicalite-1 nanocrystals by conventional heating. Microporous and Mesoporous Materials. 2004; 68: 91-95. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2003.11.018
  • Post P., Wurlitzer L., Maus-Friedrichs W., Weber A.P. Characterization and applications of nanoparticles modified in-flight with silica or silica-organic coatings. Nanomaterials. 2018; 8(7): 530. https://doi.org/10.3390/nano8070530
  • Привезенцев В.В., Куликаускас В.С., Затекин В.В., Киселев Д.А., Воронова М.И. Исследование мемристоров на основе пленок оксида кремния, имплантированных цинком // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2022. 6. 96-102. https://doi.org/10.31857/S1028096022060140
  • Privezentsev V.V., Sergeev A.P., Firsov A.A., Kulikauskas V.S., Yakimov E.E., Kirilenko E.P., Goryachev A.V. Study of Zn implanted silicon oxide films. Physics of the Solid State. 2023; 4: 679-684. https://doi.org/10.21883/PSS.2023.04.56013.17
  • Pakuła D., Marciniec B., Przekop R.E. Direct Synthesis of Silicon Compounds—From the Beginning to Green Chemistry Revolution. AppliedChem 2023; 3: 89-109. https://doi.org/10.3390/appliedchem3010007
  • Pavlenko V.I., Cherkashina N.I., Edamenko O.D., Yastrebinsky R.N., Noskov A.V., Prokhorenkov D.S., Gorodov A.I., Piskareva A.O. Synthesis and Characterization of Silicon–Carbon Powder and Its Resistance to Electron Irradiation. Journal of Composites Science. 2023; 7: 340. https://doi.org/10.3390/jcs7080340
  • Cherkashina, N.I.; Pavlenko, V.I.; Zaitsev, S.V.; Gorodov, A.I.; Domarev, S.N.; Sidelnikov, R.V.; Romanyuk, D.S. Adhesion Strength of Al, Cr, In, Mo, and W Metal Coatings Deposited on a Silicon–Carbon Film. Coatings 2023; 13: 1353. https://doi.org/10.3390/coatings13081353
  • Скородумова О.Б., Семченко Г.Д., Гончаренко Я.Н., Толстой В.С. Кристаллизация SiO2 из гелей на основе этилсиликата // Стекло и керамика. 2001. 74(1). 31-33. https://doi.org/10.1023/a:1010933028152
  • Oehler J.H. Hydrothermal crystallization of silica gel. Geological Society of America Bulletin. 1976; 87: 1143-1152. https://doi.org/10.1130/0016-7606(1976)87%3C1143:HCOSG%3E2.0.CO;2
  • Kishore R., Sood K., Naseem H. Microstructural and analytical investigation of low temperature crystallized amorphous silicon/crystallized silicon interface using SEM and EDS. Journal of Materials Science Letters. 2002; 21: 647-648. https://doi.org/10.1023/A:1015600423981
  • Kioseoglou J., Komninou P., Dimitrakopulos G.P., Antoniades I. P., Hatalis M. K., Karakostas Th. Crystallization of amorphous silicon thin films: comparison between experimental and computer simulation results. Journal of Materials Science. 2008; 43: 3976–3981. https://doi.org/10.1007/s10853-007-2226-1
  • Huang J., Zhang P., Wang X., Luo L., Gao J., Peng C., Liu X. Crystallization of inorganic silica based on interaction between polyimide and silica by sol–gel method. Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2013; 66: 193–198. https://doi.org/10.1007/s10971-013-2989-6
  • Nast O., Brehme S., Neuhaus D.H., Wenham S. R. Polycrystalline silicon thin films on glass by aluminuminduced crystallization. IEEE Transactions on Electron Devices. 1999; 10: 2062-2068. https://doi.org/10.1109/16.791997
  • Hossain M., Meyer H.M., Abu-Safe H.H., Naseem H., Brown W.D. Large-grain poly-crystalline silicon thin films prepared by aluminum-induced crystallization of sputter-deposited hydrogenated amorphous silicon. Journal of Materials Research. 2006; 21: 761–766. https://doi.org/10.1557/jmr.2006.0091
  • Schneider J., Schneider A., Sarikov A., Klein J., Muske M., Gall S., Fuhs W. Aluminum-induced crystallization: Nucleation and growth process. Journal of Non-Crystalline Solids. 2006; 352(9-20): 972-975. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2005.09.036
  • Knaepen W., Detavernier C., Van Meirhaeghe R.L., Jordan Sweet J., Lavoie C. In-situ X-ray Diffraction study of Metal Induced Crystallization of amorphous silicon. Thin Solid Films. 2008; 516(15): 4946-4952. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2007.09.037
  • Wang T., Yan H., Zhang M., Song X., Pan Q., He T., Hu Z., Jia H., Mai Y. Polycrystalline silicon thin films by aluminum induced crystallization of amorphous silicon. Applied Surface Science. 2013; 264: 11-16. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.09.019
  • Zouini M., Ouertani R., Amlouk M., Dimassi W. Annealing Temperature Effect on Bismuth Induced Crystallization of Hydrogenated Amorphous Silicon Thin Films. Silicon. 2022; 14: 2115–2125. https://doi.org/10.1007/s12633-021-01005-7
  • Kaito C., Kumamoto A., Saito Y., Ono R. Low-temperature crystallization of thin silicate layer on crystalline Fe dust. Earth, planets and space. 2010; 62: 29–31. https://doi.org/10.5047/eps.2008.10.002
  • Wang W., Huang J., Lu Y., Yang Y., Song W., Tan R., Dai S., Zhou J. In situ micro-Raman spectroscopic study of laser-induced crystallization of amorphous silicon thin films on aluminum-doped zinc oxide substrate. J Mater Sci: Mater Electron. 2012; 23: 1300–1305. https://doi.org/10.1007/s10854-011-0588-2
  • Hassan S.S., Hubeatir K.A., Al-haddad R.M.S. Characterization and antibacterial activity of silica-coated bismuth (Bi@SiO2) nanoparticles synthesized by pulsed laser ablation in liquid. Optik (Stuttg). 2023; 273: 170453. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2022.170453
  • Song Y.H., Kang S.Y., Cho K.I., Yoo H.J., Kim J.H., Lee J.Y. Polycrystalline Silicon Films Formed by Solid-Phase Crystallization of Amorphous Silicon: The Substrate Effects on Crystallization Kinetics and Mechanism. MRS Online Proceedings Library. 1996; 424: 243–248. https://doi.org/10.1557/PROC-424-243
  • Kioseoglou J., Komninou P., Dimitrakopulos G.P., Antoniades I.P., Hatalis M.K., Karakostas T. Crystallization of amorphous silicon thin films: comparison between experimental and computer simulation results. J Mater Sci. 2008; 43: 3976–3981. https://doi.org/10.1007/s10853-007-2226-1
  • Golubovskaya A.G., Fakhrutdinova E.D., Svetlichnyi V.A. Bismuth silicates: preparation by pulsed laser ablation and photocatalytic activity. Proc. SPIE 12086, XV International Conference on Pulsed Lasers and Laser Applications. 2021: 120861Y. https://doi.org/10.1117/12.2612743
  • Belik Y.A., Vodyankin A.A., Fakhrutdinova E.D., Svetlichnyi V.A., Vodyankina O.V. Photoactive bismuth silicate catalysts: Role of preparation method. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2022; 425: 113670. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2021.113670
  • Shabalina A.V., Fakhrutdinova E.D., Golubovskaya A.G., Kuzmin S.M., Koscheev S.V., Kulinich S.A., Svetlichnyi V.A., Vodyankina O.V. Laser-assisted preparation of highly-efficient photocatalytic nanomaterial based on bismuth silicate. Applied Surface Science. 2022; 575: 151732. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.151732
  • Ortiz-Quiñonez J.L., Vega-Verduga C., Díaz D., Zumeta-Dubé I. Transformation of Bismuth and β-Bi2O3 Nanoparticles into (BiO)2CO3 and (BiO)4(OH)2CO3 by Capturing CO2: The Role of Halloysite Nanotubes and “Sunlight” on the Crystal Shape and Size. Crystal Growth & Design. 2018; 18(8): 4334-4346. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.8b00177
  • Yastrebinskii R.N., Pavlenko A.V., Bondarenko G.G. Structural Features of Mineral Crystalline Phases and Defectiveness of Bismuth Organosiliconate Crystals at High Temperatures. Inorganic Materials: Applied Research. 2018; 9(5): 825-831. https://doi.org/10.1134/S2075113318050313
Еще
Статья научная
SciUp 2024 © 2024 ©