Нанокомпозиты на основе оксидов 3d-металлов. Исследования морфологии и структуры методами электронной микроскопии и рентгеновской спектроскопии

Оглавление

Антон Фуник. Нанокомпозиты на основе оксидов 3d-металлов. Исследования морфологии и структуры методами электронной микроскопии и рентгеновской спектроскопии

Введение

1. Нанокомпозиты: классификация, металлооксидные наноструктуры и их взаимодействие с матрицами

1.1. Металлооксидные наноструктуры как активные центры адсорбции нанокомпозитов с различными матрицами

1.2. Взаимодействие металлооксидных наноструктур с матрицей в нанокомпозите

2. Возможности современных экспериментальных и теоретических методов исследования нанокомпозитных материалов

2.1. Электронная микроскопия. Общие принципы, разновидности, преимущества и недостатки

2.1.1. Сканирующая электронная микроскопия как метод визуализации поверхности нанокомпозитов

2.2. Энергодисперсионный рентгеноспектральный микроанализ

2.3. Рентгеновская дифрактометрия

2.4. Рентгеноспектральные методы с применением синхротронного излучения для исследования нанокомпозитов

2.4.1. Рентгеновская спектроскопия поглощения с использованием СИ

2.4.2. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия с использованием СИ

2.5. Теоретические методы моделирования спектров рентгеновского поглощения для исследования нанокомпозитов

2.5.1. Программный комплекс FEFF: реализация метода полного многократного рассеяния

2.5.2. Программный комплекс FDMNES: реализация методов конечных разностей и полного многократного рассеяния

3. Медьсодержащие нанокомпозитные материалы с кремниевой и органической матрицами

3.1. Морфология и структура газочувствительных медьсодержащих нанокомпозитных материалов с кремниевой матрицей

3.1.1. Нанокомпозиты SiO2CuOx

3.1.2. Влияние добавления модифицирующей добавки SnCl4 на морфологию, атомную и электронную структуру нанокомпозита SiO2CuOx

3.2. Медьсодержащие нанокомпозитные пленки с органической матрицей

3.3. Газочувствительные свойства медьсодержащих нанокомпозитных пленок

Заключение к разделу

4. Медьсодержащие и никельсодержащие нанокомпозиты с мунт матрицами

4.1. Медьсодержащие нанокомпозиты с матрицей МУНТ

4.2. Никельсодержащие нанокомпозиты с матрицей МУНТ

Заключение к разделу

Литература

Отрывок из книги

Нанокомпозитами принято называть композиты, в состав которых входит как минимум одна фаза в нанометровом диапазоне [1]. Нанокомпозитные материалы появились в качестве альтернативы ранее изучаемым и используемым микрокомпозитным и монолитическим материалам, поскольку они позволили преодолеть ряд ограничений, связанных с синтезом и контролем за элементным составом и стехиометрией [2]. Ряд исследователей считает их одним из основных материалов XXI в. с точки зрения сочетания уникальных свойств, ненаблюдаемых в обычных композиционных материалах [3], при том, что первые публикации, посвященные данной проблематике, появились лишь в начале 1992 г. [4]. Столь большой интерес к изучению нанокомпозитов объясняется кардинальным изменением свойства всего композита в целом при уменьшении размера составляющих его наночастиц (табл. 1) [5].

Таблица 1

.....

Еще одним интересным соединением с точки зрения газочувствительных и каталитических свойств являются оксиды олова. SnO2 имеет ограничения при применении его для определения озона [44], но при определении других газов он обеспечивает высокую чувствительность и стабильность параметров. Во многих литературных источниках сообщалось, что двухкомпонентные (в состав которых входят два типа металлов или их оксиды) системы часто обладают лучшими свойствами (т. е. каталитической активностью, электрохимической реактивностью и механической стабильностью), чем однокомпонентные вследствие интеграции в двухкомпонентном композите двух типов функциональных материалов [45– 47]. Так, например, чувствительность нанокомпозитных пленок оксида олова к сероводороду повышается при введении в их структуру атомов металлов, таких как медь, серебро, железо или их оксидов. Морфология и структура нанокомпозитных систем, содержащих кристаллиты оксида меди [48] и оксида олова [49], были предметом многих исследований. Особое внимание привлекают смешанные сплавы Sn-Cu и SnOx:CuOx соединения, так как в зависимости от Cu:Sn-взаимодействия возможно производить материалы с различной морфологией поверхности, а также структурой кристаллитов и, как следствие, электрических и адсорбционных свойств [50–53]. Так, например, толстые пленки CuO, легированные SnO2, обладают необыкновенной чувствительностью к H2S [54]. Микроструктура этих толстых пленок состоит из мелких частиц, диспергированных CuO на поверхности SnO2-частиц.

Среди оксидов 3d-переходных металлов NiO привлекает большое внимание как перспективный материал для суперконденсаторов из-за его высокой теоретической удельной емкости 2573 Fg-1 [55], природного изобилия и экологической безопасности. Однако его низкая электронная проводимость ограничивает практическое применение [56]. Создание нанокомпозитов NiOx/МУНТ позволяет получить перспективные материалы для катализа [57], устройств хранения энергии большой мощности и с высокой скоростью зарядки-разрядки, высокой плотностью тока, длительным циклом жизни и низкими затратами на обслуживание [58]. Кроме того, оксид никеля NiO известен как газочувствительный материал для NOx [59].

.....