Шинж чанараа хувиргасан байгалийн ба зохиомол нүүрстөрөгчийн материалын электрон парамагнитын редокакс ба инфра улаан туяаны залгилт
Салбар : Байгалийн шинжлэх ухаан
Улсын дугаар : 2279
Хамгаалсан он : 2007
Түлхүүр үг : алмаз, оптических окон, анализ, углерода, молекулярной структуры, электронная микроскопия,
Аннотаци
В последние годы достигнут значительный прогресс в понимании состава,структуры и свойств различных углеродных материалов. На основе полученной информации разработаны технологические принципы получения новых материалов на основе углерода (фуллерены, углеродные нанотрубки и др.) [1, 2]. Особое положение в иерархии углеродных наноструктурных материалов занимают алмаз как перспективный материал наноэлектроники (в том числе и спинтроники), природные угли, как модельный объект для изучения трансформаций структуры, протекающих в неупорядоченных углеродных материалах на наноуровне. Преимущества алмаза, как материала электроники следующего поколения (высокотемпературной, с высокой степенью быстродействия, радиационностойкой), были осознаны еще в 1980-х годах и с тех пор прогресс в использова- нии алмаза сдерживается исключительно особенностями дефектно-примесного состава синтезируемых кристаллов и проблемами их легирования мелкими донорами (P, As, Sb) и др. Благодаря достигнутому в 90-х годах прогрессу в химическом осаждении алмазов из газовой фазы (CVD-алмазы), стало возможным получение поликристаллического алмаза в виде пластин площадью десятки квадратных сантиметров и толщиной более 1 мм. В настоящее время CVD- алмаз широко применяется для изготовления теплоотводов, оптических окон, рентгеновских диафрагм, датчиков излучения и других элементов, в которых используется его высокая теплопроводность, оптическое пропускание от УФ до дальнего ИК, механическая, прочность и высокое электросопротивление. В последние 2-3 года наметился прорыв в алмазной CVD-технологии — опубликована серия работ по успешному получению алмазных слоев с n-типом проводимости. На основе гидрогенизированной алмазной поверхности изготовлены наноразмерные полевые транзисторы, а компания De Beers разработала технологию химического осаждения из газовой фазы крупных монокристаллов алмаза полупроводникового качества. Однако ряд вопросов, связанных с поведением магнитоактивных примесей и водорода в алмазе, остаются открытыми. Например, вопрос о состояниях, в которых находится водород как в природных алмазах, так и в поликристаллических алмазных пленках, осажденных из газовой фазы, до сих пор не имеет четкого ответа, несмотря на интенсивные исследования в данном направлении. Такое положение вещей связано с тем, что в процессе синтеза алмаза (как из газовой фазы, так и в кимберлитовых трубках) водород активно взаимодействует с алмазом и другими аллотропными формами углерода и внедряется в различных состояниях. Концентрация и форма вхождения водорода в алмаз существенно влияет на 7 большинство физических свойств природных и синтетических алмазов. Многоостается неясного и в процессах диффузии и накопления водорода в алмазе. Так расчеты энергии активации диффузии ионов водорода (Н+, Н0 и Н.) и их анало- гов мюонов [3] не нашли экспериментального подтверждения, и при отжиге при 1200 °С не было замечено никаких изменений в пространственном распределении мюонов в алмазе [4]. Усилиями десятков исследовательских групп в Японии, США и Европе опубликована серия работ по расчету и наблюдению характерных СН- полос на гидрогенизированных алмазных гранях с различной кристаллографической ориентацией [5–8] по адсорбции и десорбции водорода на поверхности алмаза [8–11], а также по влиянию обработки пленок в водороде на процессы электронной эмиссии. Интерес к процессам, происходящим при ионной имплантации водорода в алмаз, вызван не только тем, что при имплантации легких ионов можно получить глубоко лежащие графитизированные слои, но и тем, что имплантация изотопов водорода дает результаты, заметно отличающиеся как от предсказаний теории, так и от того, что следовало ожидать из экстраполяции результатов по имплантации в алмаз более тяжелых ионов. Однако до сих пор ни один из известных в настоящее время оптических центров не может быть однозначно связан с водородом или его комплексами, тогда как для примесного азота в ал- мазе только в оптических спектрах идентифицировано более 20 различных типов дефектов. В настоящее время накоплен достаточно обширный экспериментальный материал по ЭПР каменных углей [12]. Например, разработана двухфазная модель угольного вещества, в которой «широкие» и «узкие» сигналы ЭПР относят к молекулярной и макромолекулярной фазам соответственно. (Предполагается, что макромолекулярная фаза представлена фюзинитом, а молекулярная — витринитом [13]). Выполнены достаточно подробные исследования кислородного эффекта [14, 15]. Таким образом, имеющаяся информация о структуре углей позволяет проводить ЭПР-исследования природных углей и соотносить полученные данные с их внутренней структурой. При рассмотрении структуры угля в порядке уменьшения масштаба можно выделить следующие уровни: 1) микроскопический — ему соответствуют петрографические компоненты; 2) субмикроскопический — определяемый пространственным расположением углеродных и углеводородных фаз, а также системой открытых и закрытых пор; 3) надмолекулярный, в котором предполагается существование объединений молекул в пачки, глобулы, фибриллы и другие ассоциации; 4) молекулярный. Основные физические и химические свойства углей зависят от особенностей каждого из указанных уровней, но прежде всего от их молекулярной структуры, что и определяет актуальность исследований в данном направлении. Трудности, встречающиеся при изучении моле 8 кулярной структуры углей определяются неоднородностью их состава, а также тем, что органические вещества, составляющие основную массу углей, являются сложными высокомолекулярными соединениями, недоступными в полной мере изучению химическими методами. Большая часть их нерастворима в органических соединениях, не перегоняется и не плавится без разложения. Поэтому для исследования структуры углей целесообразно использование ЭПР- и ИК спектроскопий, как наиболее информативных методов изучения молекулярных и надмолекулярных структур углей (и других углеродных материалов). Окисление, как метод изучения физико-химической природы углей, дает возможность получить дополнительные данные о некоторых элементах структуры исходного органического вещества. Диссертационная работа посвящена экспериментальному изучению свойств бурых и каменных углей, а также природных и синтетических алмазов. В центре внимания находятся проблемы влияния окисления бурых и каменных углей при разных условиях на их парамагнитные и оптические свойства, исследование структурных трансформаций, происходящие в водородсодержащих пластинах природных и синтетических алмазов. В качестве основного метода исследования структурных особенностей использованы методы ЭПР- и ИК спектроскопии. В работе использованы также данные измерений микротвердости пленок алмазоподобного углерода; измерений катодолюминесценции и комбинационного рассеяния света в поликристаллических алмазных пленках. Применялись петрографический и элементный анализ, флуоресцентный рентгеноспектральный анализ, рентгеноспектральный микроанализ, растровая электронная микроскопия, CVD, а также разработан- ный автором метод анализ спектров ЭПР, суть которого состоит в построении разности спектров, регистрируемых при различных уровнях СВЧ-мощности.
Зохиогч
Боловсролын доктор(PhD)
Бүтээлийн тоо : 1
Ишлэгдсэн тоо : 0
