Мачулянський Олександр Вікторович. Оптичні властивості ультрадисперсних конденсатів металів

Краткое описание

Мачулянський Олександр Вікторович. Оптичні властивості ультрадисперсних конденсатів металів : Дис... канд. наук: 05.27.01 2003

Мачулянський О.В. Оптичні властивості ультрадисперсних конденсатів металів.-Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.01 - твердотільна електроніка.- Національний технічний університет України "КПІ", Київ, 2003.
Дисертація присвячена питанням дослідження оптичних характеристик наночасток нікелю та хрому і створення на їх основі селективних металеводіелектричних покриттів. В дисертації розроблено спектроаналітичні методи визначення оптичних характеристик малих металевих часток по оптичним та електронно-мікроскопічним вимірам на двох- і трьохмірних металеводіелектричних ультрадисперсних системах. Встановлені дисперсійні та розмірні залежності оптичних параметрів часток нікелю і хрому розміром менше 6 нм в спектральному діапазоні 0.351.1 мкм. Запропоновано алгоритм розрахунку оптичних і терморадіаційних параметрів металеводіелектричних ультрадисперсних систем. Розроблені селективні металеводіелектричні покриття на основі нанорозмірних часток нікелю та хрому для використання в енергозберігаючих системах.
Ключові слова:

1. Вперше отримано аналітичне рішення зворотньої спектрофотометричної задачі теорії Розенберга для двомірної одношарової ультрадисперсної металевої системи. На його основі розроблено аналітичний алгоритм обчислень питомої комплексної поляризуємості малої металевої частки. Запропоновано спектроаналітичний метод оцінки експериментальних значень питомої комплексної поляризуємості малої металевої частки по спектрофотометричним і електронно-мікроскопічним вимірам на двомірних одношарових металеводіелектричних ультрадисперсних системах на основі аналітичного рішення зворотньої спектрофотометричної задачі теорії Розенберга. Запропоновано спектроаналітичний метод визначення експериментальних значень комплексної діелектричної проникності малих металевих часток по спектрофотометричним і електронно-мікроскопічним вимірам на тримірних металеводіелектричних ультрадисперсних системах на основі рішення зворотньої задачі теорії Максвелла-Гарнетта. Розроблений метод дозволив підвищити точність оцінки експериментальних значень питомої динамічної поляризуємості частки (і взаємозалежних з нею параметрів) у порівнянні з раніше використовуваним ітераційним методом до 10% .
2. Виконано комплексні експериментальні оптичні (у діапазоні спектраl=0.351.1 мкм) і електронно-мікроскопічні дослідження отриманих методом високовакуумного (тиск залишкових газів 10-4Па ) термічного напилення острівцевих плівок нікелю і хрому з ваговими товщинами від 0.3 до 2.0 нм на скляних підкладках. Установлено, що форма часток у плівках близька до сферичної, а середній діаметр часток лежить в інтервалі від 1.8 до 6.0 нм. Виявлено, що дисперсійні залежності коефіцієнтів пропускання і відбивання вперше досліджених острівцевих плівок нікелю та хрому з діаметром часток менше 6.0 нм носять монотонний характер [11, 12, 157].
3. З використанням розробленого спектроаналітичного методу вперше отримані експериментальні дані про дисперсійні і розмірні залежності оптичних параметрів часток хрому діаметром від 1.8 до 5.0 нм та нікелю діаметром від 2.4 до 6.0 нм у високочастотній області спектраl=0.351.1 мкм. Виявлено ріст значень дійсної і мнимої частин питомої комплексний поляризуємості часток хрому і нікелю при зменшенні їх розмірів [9, 11, 12]. Показано, що у відмінності від дисперсійної залежності високочастотної провідностіsмасивного нікелю, деsзростає при зменшенні частоти, у частках нікелю і хрому спостерігається різкий спадsзі зниженням частоти. Встановлено, щоsмалих часток нікелю та хрому значно менша, ніж у макроскопічних зразках і з зменшенням розміру частки в межах дослідженого інтервалу розмірів значенняsзменшуються на 1-2 порядки. По порядку величиниsчасток срібла, хрому, нікелю близькі між собою [11]. На дисперсійних кривих оптичних параметрів часток нікелю в діапазоніщ=1.11.5 еВ зареєстрована смуга, що зі зменшенням розміру часток зміщується у високочастотну область. Отримано аналітичне співвідношення між високочастотною провідністю частки і її питомим поглинанням. Показано, що зміниsз зміною розміру частки підкоряється залежності видуs~R03[14, 15].
4. Показано, що встановлені в роботі розмірні залежності оптичних характеристик часток нікелю та хрому з розмірами, меншими 6 нм не можуть бути описані за допомогою уявлень про класичний і квантовий розмірний ефект у малих металевих частках [9]. Показано, що краще використовувати для острівцевих металевих плівок спектроаналітичний метод оснований на теорії Розенберга, ніж метод на основі теорії Максвелла-Гарнетта.
5. Запропоновано алгоритм розрахунку оптичних і терморадіаційних параметрів і критерію ефективності металеводіелектричних покриттів на основі ультрадисперсної металевої фази [17]. Проведено чисельне моделювання характеристик селективних покрить на основі часток нікелю та хрому, і порівняння їх з даними, отриманими на реальних об'єктах. Показано, що врахування експериментальних оптичних параметрів нанорозмірних металевих часток підвищує точність прогнозування характеристик при розробці ультрадисперсних структур [8].
6. Отримано два типи металеводіелектричних селективних покриттів на основі: двохфазних композитів хром оксид хрому, двох-трьохшарових покриттів з ультрадисперсних конденсатів металів та плівок типу нітриду алюмінію. Показано, що розроблені покриття можуть використовуватися в енергозберігаючих системах.