Формування одновимірних оксидних наноструктур шляхом проміжного осадження благородних металів

Abstract

Запропоновано метод формування геометрії одновимірних наноструктур (нанодротів) оксиду міді, який дозволяє значно збільшити співвідношення їх довжини до діаметру, що є критичним для певних практичних застосувань. Суть метода полягає в тому, що після досягнення режиму насичення залежності довжини нанодроту від часу його зростання реалізується етап осадження благородного металу (золота), наночастинки якого закріплюються на бічній поверхні нанодроту. У режимі насичення весь потік атомів міді, які рухаються від корінця до верхівки нанодроту, вступає в реакцію на бічній поверхні нанодроту внаслідок зіткнень з молекулами кисню, які адсорбовані цією поверхнею. Але наявність металу, який не реагує з киснем, значно знижує концентрацію останнього на бічній поверхні нанодроту. Наявність благородного металу, який вкриває більшу частину нанодроту, значно знижує інтенсивність реакції окислення міді на бічній стороні нанодроту, подовжуючи таким чином шлях дифузії міді від корінця до верхівки нанодроту, і збільшуючи, таким чином, його довжину. Тому після етапу проміжного осадження процес зростання нанодроту відновлюється. Процес проміжного осадження не-реагуючого металу може бути застосований більше одного разу, що дозволяє здійснювати гнучке керування процесом формування нанодроту. З точки зору загальної продуктивності процесу, критичним є застосування саме плазми для реалізації процесу зростання нанодроту, адже процеси у середовищі плазми характеризуються швидким досягненням режиму насичення залежності довжині нанодроту від часу, що доведено експериментально. Завдяки цьому загальна продуктивність комбінованого процесу із застосуванням етапу проміжного осадження благородного металу може бути пришвидшена до п’яти разів у порівнянні з поширеними на теперішній час процесами термічного зростання. Наведе-ні розрахунки із застосуванням модифікованої математичної моделі зростання одновимірних наноструктур оксиду міді в умовах термічного реактору, яка цього разу задіяна для прогнозування зростання в умовах плазми під атмосферним тиском (радіочастотної, ємнісної тощо), де умови схожі з умовами термічного росту. Метод є загальним, і може бути застосований до інших процесів зростання, які залежать від реакцій на поверхнях наноструктур.

Предложен метод формирования геометрии одномерных наноструктур (нанопроволоки) оксида меди, который позволяет значительно увеличить соотношение их длины к диаметру, что является критическим для некоторых практических применений. Суть метода состоит в том, что после достижения режима насыщения зависимости длины нанопроволоки от времени его роста, реализуется этап осаждения благородного металла (золота), наночастицы которого закрепляются на боковой поверхности нанопроволоки. В режиме насыщения весь поток атомов меди, двигающихся от корешка к верхушке нанопроволоки, вступает в реакцию на боковой поверхности нанопроволоки вследствие столкновений с молекулами кислорода, которые адсорбированы этой поверхностью. Но наличие металла, не реагирующего с кислородом, значительно снижает концентрацию последнего на боковой поверхности нанопроволоки. Наличие благородного металла, покрывающего большую часть нанопроволоки, значительно снижает интенсивность реакции окисления меди на боковой стороне нанопроволоки, удлиняя таким образом путь диффузии меди от корешка до верхушки нанопроволоки, увеличивая, таким образом, его длину. Поэтому после этапа промежуточного осаждения, процесс роста нанопроволоки восстанавливается. Процесс промежуточного осаждения нереагирующего металла может быть применен более одного раза, что позволяет осуществлять гибкое управление процессом формирования нанопроволоки. С точки зрения общей продуктивности процесса, критическим является применение плазмы для реализации процесса роста нанопроволоки, ведь именно процессы в среде плазмы характеризуются быстрым достижением режима насыщения зависимости длины от времени, что доказано экспериментально. Благодаря этому общая производительность комбинированного процесса с применением этапа промежуточного осаждения благородного металла может быть ускорена до пяти раз по сравнению с распространенными в настоящее время процессами термического роста. Приведены расчеты с применением модифицированной математической модели роста одномерных наноструктур оксида меди в условиях термического реактора, которая задействована для прогнозирования роста в условиях плазмы под атмосферным давлением (радиочастотной, емкостной и т.п.), где условия схожи с условиями термического роста. Метод является общим, и может быть применен к другим процессам роста, зависящим от реакций на поверхностях наноструктур.