|
2.5.2 Влияние времени созревания на морфологию тонких пленок,
полученных золь-гель методом для предслоев наностержней оксида цинка
В процессах золь-гель технологии на различных этапах созревания
происходит формирование различных разветвленных структур, которые в
74
последствии формируют единую структурную сетку. Поэтому исследование
структур с различными временами выдержки представляет интерес, и определения
оптимальных параметров является важным фактором для получения требуемой
структуры.
Особенности морфологии полученных образцов были проанализированы
посредством оптической, растровой электронной и атомно-силовой микроскопии.
В таблице 2.2 приведены исходные данные для приготовления растворов золей.
Для исследования влияния времени созревания, полученный раствор золя
наносили на очищенную подложку через определенные промежутки времени. На
рисунках 2.21-2.30 представлены фотографии с оптического, растрового
электронного и атомно-силового микроскопов синтезированных образцов.
а)
б)
Рисунок 2.21. – РЭМ-изображения образца № 1 с разрешением: а) 400 нм; б) 5 мкм
75
а)
б)
Рисунок 2.22. – АСМ-изображения образца № 1 с разрешением: а) 10х10 мкм; б) 5х5 мкм
Как видно из рисунков 2.21 и 2.22 благодаря молекулам СТАВ формируются
сферические частицы различных размеров (радиусом примерно от 100 до 600 нм).
В данном случае молекулы СТАВ использовались в качестве темплата при
формировании зародышевого слоя.
Высокая концентрация ТЭОС и последующий гидротермальный синтез
приводят к образованию плотноупакованного слоя наностержней оксида цинка на
зародышевых островках. На представленных АСМ-топографиях (рисунок 2.22,
2.24, 2.27) светлым участкам соответствуют вершины рельефа поверхности.
Перепад высот для «отдельной» сферической частицы составляет примерно 0,25-
0,3 мкм.
Второй образец оказался наиболее разнообразным и отличным по структуре
от других образцов. Ввиду небольшой концентрации ПАВ (0,1%) формирование
сферических частиц не наблюдалось (рисунок 2.23).
76
а)
б)
в)
г)
Рисунок 2.23. – РЭМ-изображения образца №2 с разрешением: а), г) 500 нм; б) 30 мкм; в) 4
мкм
Как видно из рисунка 2.23, структура представляет собой плотноупакованные
«пласты», состоящие из наностержней оксида цинка. При небольших
концентрациях ПАВ происходит линейный рост мицелл, который приводит к
разветвленным структурам. Мицеллы СТАВ служат «строительными блоками», из
которых образуется большинство самоорганизованных структур.
На рисунке 2.24 представлены АСМ-изображения образца №2.
77
а)
б)
Рисунок 2.24 – АСМ-изображения образца № 2 с разрешением: а) 50х50 мкм; б) 5х5 мкм
По данным атомно-силовой микроскопии высота (длина) формируемых
«пластов» из наностержней оксида цинка лежит в пределах от 70 до 200 нм. На
рисунке 2.25 также показано влияние времени созревания геля на форму
структуры.
а)
б)
78
в)
г)
д)
e)
Рисунок 2.25. – Образец № 2, день «созревания»: а), б) 1; в) 2; г) 4; д) 7; е) 14
В первый день «созревания» раствора (рисунок 2.25 а, б) наблюдается более
упорядоченная структура, также наблюдается образование разветвленных
(дендритных) структур, состоящих из наночастиц оксида цинка.
В золь-гель технологии существует такое понятие как точка гелеобразования,
характеризующее образование единого стягивающего кластера, который
расширяется по всему объему золя. Исходы из рисунка 2.25, в уже на второй день
наблюдается переход точки гелеобразования, то есть золь начинает переходить в
гель. В последующие дни (рисунок 2.25 г, д, е) около точки гелеобразования
случайно расположенные соседние кластеры (агрегаты частиц) соединяются
вместе и образуют единую структурную сетку. Иксобразные структуры как бы
«рассасываются» в результате коагуляции частиц.
79
На рисунках 2.26-2.28 представлены фотографии образца №3. Ввиду
увеличения концентрации СТАВ, также, как и у образца №1, наблюдается
образование сферических частиц ZnO. Также формируются схожие разветвленные
структуры, размером, порядка 100 мкм в длину и 30 мкм в ширину, что может
говорит о разной смачиваемости поверхности под воздействием ПАВ.
а)
б)
Рисунок 2.26. – РЭМ-изображения образца №3 с разрешением: а) 500 нм; б) 100 мкм
а)
б)
Рисунок 2.27. – АСМ-изображения образца № 3 с разрешением: а) 100х100 мкм;
б) 10х10 мкм
80
На рисунке 2.28 наблюдается идентичное поведение структуры, что и для
образца №2.
а)
б)
в)
г)
д)
Рисунок 2.28. – Образец № 3, день «созревания»: а) 1; б) 2; в) 4; г) 7; д) 14
81
Ниже приведены изображения последнего в этой серии образца. Увеличение
концентрации ПАВ ведет к образованию менее разветвленных, чем у предыдущих
образцов в результате роста мицелл в растворе. Помимо описанной выше теории
формирования таких иксобразных структур, предпологается, что данная структура
может получаться в результате самосборки частиц под действием внешних условий
в результате действия электростатических сил притяжения.
а)
б)
Рисунок 2.29. – РЭМ-изображения образца №4 с разрешением: а)1 мкм; б) 30 мкм;
а)
б)
82
в)
г)
д)
Рисунок 2.30. – Образец № 4, день «созревания»: а) 1; б) 2; в) 4; г) 7; д) 14
В отличие от предыдущих образцов, характерного изменения структуры со
временем не наблюдается, что говорит о медленном переходе золя в гель.
В таблице 2.4 представлены параметры шероховатости поверхности
исследуемых образцов по данным атомно-силовой микроскопии
83
Таблица 2.4 – Параметры шероховатости поверхности исследуемых образцов
Do'stlaringiz bilan baham: |
