Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Физико-математические науки
Оптика, лазерная физика

Диссертационная работа:

Бокова Софья Николаевна. Комбинационное рассеяние света в наноструктурах на основе одностенных углеродных нанотрубок : диссертация... кандидата физико-математических наук : 01.04.21 Москва, 2007 107 с. РГБ ОД, 61:07-1/968

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 5

Глава 1. Обзор литературы 9

1.1. Классификация наноструктур на основе одностенных
углеродных нанотрубках и методы их синтеза 9

1.1.1. Фуллерены 9

  1. Одностенные углеродные нанотрубки 12

  2. Одностенные углеродные нанотрубки, заполненные молекулами фуллерена С6о(ОУН&С6о) 20

  3. Термическая трансформация ОУН&Сбо - двустенные углеродные нанотрубки (ДУН) 22

1.2. Оптические методы исследования одностенных углеродных
нанотрубок 24

  1. Комбинационное рассеяние света 24

  2. Резонансное комбинационное рассеяние света в ОУН, обусловленное особенностями электронной структуры 36

  1. Особенности резонансного КР в металлических нанотрубках 38

  2. Особенности двухфононного рассеяния КР углеродных материалов 42

1.2.5 Оптическое поглощение в суспензиях
индивидуальных одностенных углеродных
нанотрубок 48

Глава 2. Описание экспериментальных методик и материалов 51

Глава 3. Резонансное комбинационное рассеяние света в наноструктурах на основе одностенных углеродных нанотрубок.... 54

  1. Анализ спектров двухфононного КР света различных материалов (ОУН, «peapods», ДУН) 55

  2. Изменение формы 0*-моды в зависимости от концентрации двустенных нанотрубок 57

  3. Исследование зависимости положения и формы Э*-моды от энергии возбуждающего лазерного излучения 59

Глава 4. Температурные эффекты в спектрах КР одностенных
углеродных нанотрубок
68

  1. Трансформация спектра КР нанотрубок под воздействием лазерного излучения 68

  2. Трансформация спектра КР нанотрубок при нагреве в оптической печи 72

Глава 5. Резонансные эффекты в спектрах комбинационного

рассеяния света одностенных углеродных нанотрубок 78

5.1. Резонансное КР света в нанотрубках при изменении длины

волны возбуждающего лазерного излучения 79

  1. Резонансное КР света, индуцированное изменением диаметра нанотрубок 89

  2. Реализация резонансной схемы КР «на выходе» из среды на селективных частотах в одном и том же спектре КР 97

Основные результаты 101

Библиографический список использованной литературы 104

\

Введение к работе:

Актуальность

Актуальность исследований наноматериалов обусловлена, прежде всего, возможностью модифицировать их физические и химические свойства исключительно за счет изменения характерного размера (при неизменной химической формуле) Одним из наиболее перспективных и быстро развивающихся классов наноматериалов являются уперодные наноструктуры За последние несколько лет не только обнаружены уникальные свойства фуллеренов, углеродных нанотрубок, графена, но и предсказаны и синтезированы совершенно новые углеродные наноструктуры углеродные стручки -нанотрубки, заполненные молекулами Сбо, и двустенные нанотрубки, свойства которых мало исследованы Наряду с одностенными углеродными нанотрубками различных типов эти новые наноматериалы являются объектом исследований в данной работе

Одностенные углеродные нанотрубки (ОУН) занимают особое место в ряду углеродных наноструктур [1] Они представляют собой слои графита, свернутые в цилиндры, диаметром 1-2 нм [2] Способ сворачивания слоя определяет характеристики материала Благодаря характерным размерам, сравнимым с межатомными расстояниями, в нанотрубках проявляются квантово-размерные эффекты, лежащие в основе многих уникальных свойств, обусловивших их применение в наноэлектронике, вакуумной электронике, нелинейной оптике, биомедицине Несмотря на интенсивные исследования ОУН, некоторые проблемы до сих пор не решены К ним относится возможность получения и идентификации нанотрубок с заданным средним диаметром, разделение полупроводниковых и металлических нанотрубок, возможность получения фракций ОУН с узким распределением по диаметрам В данной работе метод комбинационного рассеяния (КР) света используется как инструмент для решения этих проблем

Комбинационное рассеяние света зарекомендовало себя как один из наиболее информативных методов диагностики различных форм углерода За годы, прошедшие с момента открытия нанотрубок, фундаментальные исследования выявили новые возможности спектроскопии КР по характеризации наноструктур Были найдены спектральные особенности, дающие информацию о геометрии нанотрубок, об их типе проводимости, о наличии Ван-дер-Ваальсова взаимодействия нанотрубок в пучке, об особенностях структуры электронных уровней ОУН Однако, возможности метода до конца не исчерпаны Для выявления новых корреляций между физическими характеристиками наноструктур на основе нанотрубок и параметрами их спектров КР необходимы дальнейшие систематические исследования и сопоставление результатов различных диагностических методик С этой точки зрения эффективным подходом явтяется комбинация КР и спектроскопии оптического поглощения в широком спектральном диапазоне, реализованная в данной работе

В спектрах КР одностенных углеродных нанотрубок, как правило, наиболее информативными являются низкочастотная область («дыхательные» моды - 100-400 см"1) и область тангенциальных мод (1592 см1) Высокая интенсивность сигнала обусловлена резонансным характером рассеяния Обычно для достижения резонансных: условий используется варьирование длины волны возбуждающего излучения Однако, для ансамбля нанотрубок возможны и другие схемы реализации резонансного КР Они рассматриваются и экспериментально реализуются в данной работе Это касается как одно-, так и двуч-фононного КР Для некоторых углеродных наноструктур, например, графена, именно спектр двухфононного КР имеет уникальную форму и позволяет потучить информацию об электронной структуре материала В данной работе двухфононное КР впервые используется для исследования двустенных углеродных нанотрубок (ДУН)

Таким образом, данная работа посвящена выявлению закономерностей одно- и двухфононного резонансного комбинационного рассеяния света в наноструктурах на

основе одностенных углеродных нанотрубках с целью обнаружения и обоснования эффектов, позволяющих получать качественную и количественную информацию об основных физических свойствах этих наноструктур

Целью работы являлось экспериментальное исследование методами одно- и двух-фононного комбинационного рассеяния света размерно-зависимых оптических и электронных свойств различных типов одностенных углеродных нанотрубок и новых наноструктур на их основе углеродных стручков - нанотрубок, заполненных молекулами Сбо, и двустенных углеродных нанотрубок

В работе решались следующие задачи-

  1. Однозначная идентификация методом КР одностенных углеродных нанотрубок с различным средним диаметром и различных наноструктур на их основе

  2. Прослеживание по спектрам КР процесса трансформации одностенная нанотрубка - углеродный стручок- двустенная нанотрубка

  3. Экспериментальное исследование и интерпретация поведения двухфононных спектров КР двустенных нанотрубок при варьировании длины волны возбуждающего излучения

  4. Систематизация и экспериментальная реализация различных схем резонансного КР в одностенных углеродных нанотрубках

  5. Прослеживание по спектрам КР окислительного отжига ОУН в печи и в лазерном пучке при температурах 120 - 700 С с целью осуществления сужения распределения нанотрубок по диаметру

6 Оценка ширины "псевдозапрещенной" зоны для нанотрубок с металлической
проводимостью методами КР и оптического поглощения в широком спектральном
диапазоне

Научная новизна

В работе впервые по двухфононным спектрам КР прослежен процесс трансформации одностенных нанотрубок в двустенные при заполнении их молекулами фуллеренов с последующим отжигом

Впервые обнаружено, что двухфононные спектры КР двустенных углеродных нанотрубок имеют уникальную двухпиковую структуру Предложен механизм, объясняющий их трансформацию при варьировании длины волны возбуждающего излучения

Впервые обнаружен эффект селективного окислительного отжига нанотрубок с наименьшим диаметром при температурах (400-650 С) и возможность его контроля по спектрам КР

Впервые проведена систематизация различных вариантов реализации схемы резонансного КР в одностенных углеродных нанотрубках

Впервые проведено экспериментальное сравнение величины «псевдозапрещенной» зоны для металлических нанотрубок, оцененное методами КР и спектроскопии оптического поглощения Получено хорошее согласие между данными косвенных и прямых измерений этой величины

Практическая ценность

Потученные в работе результаты обладают практической значимостью В том числе

- метод спектроскопического контроля показал эффективность его использования при окистительном отжиге ианотрубочного материала и может быть использован для реализации контролируемого сужения распределения наиотрубок по диаметру

возможность идентификации двустенных углеродных наиотрубок по двухфононному спектру КР может быть использована для контроля процентного содержания двустенных наиотрубок в материале и его изменения с температурой

Основные положения, выносимые на защиту

1 Новые наноструктуры на основе одностенных углеродных наиотрубок -
углеродные стручки и двустенные нанотрубки могут быть идентифицированы по
характерному виду соответствующих спектров комбинационного рассеяния света.
Спектроскопия КР позволяет также проследить кинетику трансформации углеродных
стручков в двустенные нанотрубки при вакуумной термообработке

  1. Двустенным углеродным нанотрубкам соответствует уникальная двухпиковая форма двухфоионного спектра резонансного КР (вблизи 2700 см1) Соотношение интенсивностей компонент и их частотное положение изменяются в зависимости от длины волны возбуждающего излучения в результате действия механизма «двойного резонанса», учитывающего электрон-фононное взаимодействие

  2. Спектры резонансного комбинационного рассеяния света позволяют получить информацию об электронной структуре одностенных углеродных наиотрубок различной геометрии Резонансные условия могут быть достигнуты за счет варьирования длины волны возбуждающего излучения или среднего диаметра наиотрубок Они могут также селективно реализоваться для определенных фононных мод в пределах одного и того же спектра

  3. Нагрев одностенных углеродных наиотрубок в кислород-содержащей атмосфере при температуре 400-650С приводит к селективному по диаметру окислительному отжигу наиотрубок наименьшего диаметра Этот процесс приводит к сужению распределения наиотрубок по диаметру и может быть прослежен по исчезновению соответствующих «дыхательных» мод в спектре КР

  4. Одностенные углеродные нанотрубки с металлической проводимостью могут быть идентифицированы по появлению асимметричного Фано-контура тангенциальной моды (1592 см"1) в спектре КР Оценка величины «псевдозапрещенной зоны» (Ец) для них может быть оценена по энергией фотона возбуждающего лазерного излучения

Личный вклад диссертанта.

Диссертант лично выполнил спектроскопические исследования одностенных углеродных наиотрубок и наноструктур на их основе, участвовал в постановке задач и анализе полученных результатов

Работа выполнена совместно со следующими организациями.

Институт Проблем Химической Физики РАН, Черноголовка, Московская область,

142432,'Россия

Институт Катализа им Г К Борескова СО РАН, 630090 Новосибирск, пр Лаврентьева

5, Россия

University Wien, Institut fur Matermlphysik, Strudlhofgasse 4, A-1090 Wien Austria

Апробация работы

Основные результаты докладывались на следующих международных конференциях

  1. European Conference on Chemistry and Physics of Multifunctional Materials, Maratea, Italy, 22-27 Sept, 2001

  2. VII International Conference "Hydrogen Materials Science and Chemistry of Metal Hydrides", Ukraine, Alushta, 2002

  3. "11th international Laser Physics workshop" Slovak Republic, Bratislava, Julyl-5, 2002

  4. "XVIth International wtnterschool on electronic properties of novel materials", Kirchberg, Austria, 2002

  5. "LAT 2002" Conference on Laser, Applications, and Technologies Russia, Moscow, June 22-27, 2002

  6. "XVIIth international winterschool Euroconference on electronic properties of novel materials "Molecular nanostructures" Kirchberg/TiroL, Austria, March 8-15, 2003

  7. "XVIIIth International winterschool Euroconference on electronic properties of novel materials", Kirchberg, Austria, 2004

  8. 13th International Laser Physics Workshop 2004, Trieste, Italy, July 12-16, 2004, p/68

  9. 11th International Ceramic Congress & 4th Forum on New Materials (CIMTEC 2006), Acireale, Sicily, Italy, June 4-9, 2006

  10. "XXIth International winterschool Euroconference on electronic properties of novel materials", Kirchberg, Austria, 2007

Публикации

Основные результаты опубликованы в 16 работах 1 публикация в Российском журнале, 5 публикаций в Международных журналах, 10 тезисов Международных конференций Список публикаций по теме диссертации приведен в конце автореферата

Структура и объем работы.

Подобные работы
Бортников Константин Сергеевич
Дистанционный анализ молекулярного состава вещества на основе комбинационного рассеяния света
Малосиев Артур Ренатович
Исследование взаимодействия молекулярного водорода с германосиликатными стеклами и световодами на их основе методом комбинационного рассеяния света
Шкаликов Андрей Викторович
Оптическая спектроскопия примесных кристаллов на основе явлений фотонного эха и параметрического рассеяния света
Елизаров Сергей Георгиевич
Спектроскопия комбинационного рассеяния света нанополиацетилена и донорно-акцепторных комплексов с переносом заряда на основе полипарафениленвинилена
Казанцев Дмитрий Всеволодович
Ближнепольная микроскопия локального оптического отклика поверхности SiC и полупроводниковых наноструктур на основе Si, GaAs и InP
Сагитова Елена Александровна
Спектроскопия комбинационного рассеяния как метод исследования структурных особенностей нанокомпозитов на основе полиэтилена
Тренева Елена Георгиевна
Исследование усиления и пространственно-временных флуктуаций стоксовой волны при вынужденном рассеянии света с пространственно-неоднородной накачкой
Соколовская Альбина Ивановна
Светоиндуцированные динамические структуры в средах, активных при вынужденном комбинационном рассеянии света
Сидоров Николай Васильевич
Процессы разупорядочения в кристаллах органических соединений и их проявление в спектрах комбинационного рассеяния света
Крылова Светлана Николаевна
Комбинационное рассеяние света и фазовые переходы в перовскитоподобных кристаллах Rb2 KScF6 и RbMnCl3

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net