X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

К нанопленкам (нанопокрытиям) относятся двумерные образцы наноматериалов, которые характеризуются наноразмерной толщиной. В свою очередь, к нанопроволокам (наностержням, нановолокнам, нанонитям) относятся одномерные образцы наноматериалов, которые характеризуются наноразмерным диаметром. Нанопокрытия бывают твердыми, жидкими, иногда даже газообразными. Их состав может сильно отличаться от тех предметов, от которых они образовались. Тонкие пленки довольно часто применяются в нашей повседневной жизни. На современные инструменты наносят покрытия, которые обеспечивают износостойкость и некоторые другие свойства. Такие пленки часто применяются в оптике, для создания антибликового, отражающего и просветляющего покрытия. Нанопленки применяются так же для декора или для защиты тех или иных предметов. Так же они применяются в такой отрасли промышленности, как микротехнология [1]. Нанопленки или тонкие пленки можно получаться различными способами:

Химическим и плазмохимическим осаждением из газовой среды

Вакуумным напылением

Электронно-лучевым осаждением и т.п.

Наиболее распространённым видом получения пленок является осаждение вещества из парогазовой фазы или плазмы. Особо важная роль отводиться технологиям осаждения, позволяющим получать тонкие пленки. Эти пленки получаются в процессе роста, при котором кристаллическая решетка создаваемой пленки закономерно ориентирована относительно кристалла-подложки. Перечислим основные свойства тонких пленок:

Адгезия – сила связи тонкой линзы с подложкой.

Износостойкость и коэффициент трения.

Напряжения.

Упругость, микротвердость и прочность.

Нанопленки и нанопроволоки разных типов могут иметь отличительные черты технологии своего изготовления. В настоящее время наибольшее распространение получили полупроводниковые нанопленки и нанопроволоки, находящие разное применение в технике, а так же магнитные пленки и проволоки, используемые для создания средств магнитной записи. Очень перспективными становятся алмазоподобные и керамические нанопленки, служащие в качестве защитных покрытий для изделий, которые работают в сложных условиях нагрузки. Особое место занимают пленки Ленгмюра-Блоджетт [2].

Так же существуют магнитные нанопленки и нанопроволоки. Магнитные нанопроволоки и нанопленки находят широкое применение при создании спинтронных наносистем. Практические интерес к нанопленкам обусловлен, прежде всего, проявлением в структурах на их основе спинновых эффектов. Для получения магнитных нанопленок применяются различные технологии вакуумного напыления. Однако эта технология является довольно сложной и дорогостоящей, поэтому чаще применяют технологию электролитического осаждения. В основе осаждения лежит процесс восстановления металлов, который происходит с помощью раствора электрического тока. Характер протекания процессов электрического осаждения имеет определенные особенности в случае получения многослойных и гранулированных магнитных нанопленок.

Так же существуют алмазоподобные и керамические нанопленки. Они обладают уникальным комплексом свойств. Прочностью, износостойкостью, химической стойкостью и высокой твердостью. Их эффективно применять для защиты покрытий деталей машин и интсрументов, которые работают в условиях износа, различных температурных нагрузок, агрессивных сред. Для получения нанопокрытий, в основе которых лежит твердый аморфный углерод, используют технологии магнетронного распыления, ионно-лучевого или плазмохимического осаждения, лазерного и электродугового испарения. Наибольшее практического значение среди керамических нанопокрытий имеют покрытия на основе тугоплавких соединений, которые характеризуются нанокристаллической структурой. Их получают в процессе осаждения вещества на подложку из парогазовой фазы или плазмы.

Термин пленки Лэнгмюра-Блоджетт (LB-пленки) обозначает моно или многослойные пленки, перенесенные с границы раздела вода-воздух (жидкость – воздух) на твердую подложку. Важным свойством этих пленок является способность формироваться в упорядоченную структуру из некристаллического материала. Это удобно при переносе монослоев на различные подложки (стекло, кварц, окисленные металлы, полупроводники, серебро, золото). Изготовление многослойных пленок LB методом не является простым. Необходимо тщательно следить за различными аспектами изготовления (температура, влажность, давление, наличие загрязнений в воздухе и другие). Недостатком этих пленок является не изученность вопроса о термической и долговременной стабильности данных нанопленок.

Теперь же рассмотрим нанопроволоки. Нанопроволоки (Нитевидный нанокристалл) - одномерный наноматериал, длина которого значительно превосходит остальные измерения, которые, в свою очередь, не превышают нескольких десятков нанометров. Нитевидные нанокристаллы являются относительно новым материалом, но было продемонстрировано очень много потенциальных применений в различных сферах электроники и медицины. Были попытки продемонстрировать применение ННК в области фотовольтаики для создания солнечных элементов [3]. Нанопроволоки могут быть использованы для создания различных электронных устройств. Существуют несколько различных методов получения нанопроволок, но наиболее известные из них:

Механизм роста «пар-жидкость-кристалл»;

Методы планарной технологии;

Спонтанный рост.

Существуют и другие методы получения нанопроволок, но они не настолько распространены, как эти 3 метода. ННК имеет ряд уникальных свойств, отличающих их от других нанообъектов и кристаллов:

Кристаллическая структура полупроводниковых ННК

Анизотропия поляризации излучения

Релаксация упругих напряжений.

Полупроводниковые нанопроволоки характеризуются интенсивной световой эмиссией, которая происходит в результате фотолюминесценции или электролюминесценции. Вторая представляет наибольший интерес, потому что она лежит в основе нанопроволочных светодиодов. Нанопроволоки обладают хорошими волноводными свойствами. Например, свет распространяется с весьма умеренными потерями в нанопроволоке из CdS. Наряду с магнитными нанопленками существуют и магнитные нанопленки. Для их получения эффективно используют технологию электрического осаждения. Его особенностью является то, что осаждение металла осуществляется в поры разнообразных нанопористых металлов.

Одной из разновидностей нанопроволок являются металлические нанопроволоки. Они обладают электропроводящими свойствами, поэтому их применяют в качестве соединительных проводов в электрических цепях. Так же их используют в качестве активных, электронных наноэлементов. Одной из особенностей данных нанопроводников, обеспечивающая возможности создания на их основе электронных приборов, заключается в проявлении в них транзисторного эффекта [4].

Нанопроволоки (НП) или структуры на их основе с успехом применяются для создания важных полупроводниковых устройств, среди которых можно упомянуть нанометрические полевые транзисторы (FET), светоизлучающие диоды (LED), инверторы, плоскостные биполярные транзисторы, сложные логические схемы ивычислительные устройства. Отдельные устройства или блоки из НП могут быть объединены в схемы, аналогов которых не существует в бытовой электронике, не говоря уже о том, что после химической модификации поверхности неорганических полупроводниковых НП можно создавать не просто новые устройства, но даже новые принципы или копцепции развития вычислительной техники.

Список литературы.

Федосюк В.М. Наноструктурные пленки и нанопроволоки. Минск, издательский центр БГУ, 2006г.

Анищик В.М. и др. Наноматериалы и нанотехнологии. Минск: издательский центр БГУ, 2008г.

Дубровский В.Г., Цырлин Г.Э., Устинов В.М. Полупроводниковые нитевидные нанокристаллы: синтез, свойства, применение // Физика и техника полупроводников, 2009г.

Деффейс К., Деффейс С. Удивительные наноструктуры / пер. с англ. — М.: Бином, 2011.

Код для цитирования: Скопировать