Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие

глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов
используют в оптической электронике (они могут служить оптически-
ми затворами из-за нелинейной прозрачности). Пленки с внедренны-
ми кластерами магнитных материалов (Fe, Co, Ni) являются магнитны-
ми наноструктурами и подобны магнитным материалам, но размеры 
магнитных кластеров в несколько раз меньше обычных магнитных 
доменов, поэтому для них уменьшается магнитное поле насыщения.
Метод химической сборки (ХC) 
и его разновидности — ме-
тод молекулярного наслаивания (МН), атомно-слоевая эпитаксия 
(АСЭ) — основаны на образовании поверхностных химических сое-
динений при хемосорбции компонентов из газовой фазы. Благодаря 
возможности реализовать практически монослойную хемосорбцию 
компонентов, формирование кристаллических структур происходит 
по слоевому механизму, т. е. без образования трехмерных зароды-
шей. Это позволяет получать сплошные пленки при толщинах в не-
сколько монослоев вещества (менее 1 нм). Синтез твердых веществ 
осуществляется путем химической сборки структурных единиц на со-
ответствующих матрицах. Проводя по определенной программе ряд 
поверхностных реакций бифункциональных молекул веществ, уда-
ется монослой за монослоем осуществлять химическую сборку твер-
дых веществ. Впервые воспроизводимый матричный синтез высоко-
молекулярных веществ осуществлен в 1962 г. Р. Меррифилдом, а затем 
В. Б. Алесковским с сотрудниками (1965). Сущность метода заключает-
ся в последовательном нанесении на поверхность подходящей подлож-
ки (матрицы) ряда монослоев заданного состава посредством необ-
ратимой химической сорбции соответствующих молекул. Последние 
реагируют только с подложкой, но не между собой, и, входя в состав 
подложки, образуют с нижележащим монослоем те или иные струк-
турные единицы. В конце синтеза подложка удаляется химическим 
или механическим способом.
Получение пленок из растворов 
золь-гель методом
— техноло-
гия материалов, включающая получение золя с последующим перево-
дом его в гель. 
Золь
— высокодисперсная коллоидная система с жид-
кой (лиозоль) или газообразной (аэрозоль) дисперсионной средой, 
в объеме которой распределена другая (дисперсная) фаза в виде мел-
ких твердых частиц, капелек жидкости или пузырьков газа. Золи зани-
мают промежуточное положение между истинными растворами и гру-
бодисперсными системами. Размеры дисперсных частиц золя лежат 

---

93
2.3. осаждение и напыление на подложку
в пределе от 1 до 100 нм, вследствие чего золи прозрачны на просвет. 
В золях частицы дисперсной фазы не связаны в пространственную 
структуру. Золи разделяют на коллоидные (
colloidal
) и полимерные 
(
polymeric
). При этом к коллоидным золям (золям из макрочастиц) 
принято относить золи, в которых твердая дисперсная фаза образо-
вана частицами, а к полимерным — золи, сформированные на осно-
ве разветвленных макромолекул. Механизмы гелеобразования кол-
лоидных и полимерных золей различны.
гель
— система, которая состоит из жидкой дисперсионной сре-
ды, заключенной в пространственную сетку, образованную соединив-
шимися частицами дисперсной фазы. Он представляет собой студе-
нистое тело, способное сохранять форму и обладающее упругостью 
и эластичностью. Дать определение геля исходя из типа химических 
связей и взаимодействий не представляется возможным, поскольку 
в зависимости от типа золя в золь-гель системе происходят совершен-
но разные химические и физические процессы. Для полимерных гелей 
характерно наличие ковалентных связей между молекулами и фраг-
ментами молекул, образующих гигантский кластер. Коллоидные гели 
создаются, как правило, за счет вандерваальсовых сил притяжения 
между агрегатами. При этом в коллоидных системах эти связи могут 
быть обратимыми, т. е. могут разрушаться в процессе встряхивания, 
а затем восстанавливаться. В полимерных системах ковалентные свя-
зи являются постоянно действующими.
Гель из полимерного золя образуется в процессе полимеризации 
мономеров и полимеров, находящихся в золе. Постепенно из полиме-
ризующихся разветвленных олигомеров образуется гигантский кла-
стер. Когда этот кластер достигнет макроскопических размеров и рас-
пространится на весь объем золя, говорят, что произошел переход золя 
в гель. При этом гель будет состоять, с одной стороны, из непрерывной 
структурной сетки — твердого скелета (остова), а с другой — из непре-
рывной жидкой фазы. Гель из коллоидного золя образуется по друго-
му механизму. Частицы дисперсной фазы (мицеллы) под воздействи-
ем дисперсионных сил притяжения взаимодействуют друг с другом, 
образуя остов неорганического полимера.
Согласно современным представлениям, формирование геля начи-
нается с образования фрактальной структуры золя, роста фракталь-
ных агрегатов до таких размеров, пока они не начнут контактировать 

---

94