Нанокомпозиты на основе оксидов 3d-металлов. Исследования морфологии и структуры методами электронной микроскопии и рентгеновской спектроскопии. Антон Фуник

достоинствам сенсорных композитов на основе пленок из органических материалов следует отнести возможность определения малых (на уровне ppm) концентраций анализируемых газов, возможность управления свойствами органических полупроводников в широком диапазоне за счет изменения их структуры и состава, а также более низкую, по сравнению с неорганическими полупроводниками, рабочую температуру. В то же время селективность и чувствительность полупроводниковых сенсоров может быть улучшена путем введения в композицию газочувствительного материала добавок, регулированием толщины и размеров полупроводниковых пленок, направленным изменением морфологии поверхности в процессе их технологического изготовления и температурных условий получения.

      Кремниевые матрицы активно используются также для создания нанокомпозитов. Так, кремний был использован в смешанных SiO₂-МеО_х (Ме-металл) системах для обеспечения высокой чувствительности, стабильности и обратимости в сенсорах [83, 84]. Существует три способа применения кремниевых материалов для создания газочувствительных сенсоров. С точки зрения формирования металлических и металлоксидных частиц наиболее изучены и перспективны золь-гель матрицы [85]. С другой стороны, кремний также используется для повышения газочувствительности пленок. В [86] сообщалось, что только одновременное добавление в состав пленки SnO₂SiO₂ и Pt может повлиять на их газочувствительность. Наконец, кремний добавляется к SnO₂ для повышения термической стабильности аморфоного состояния материала, которая необходима для стабилизации и предотвращения образования кристаллитов SnO₂ [20].

      Таким образом, для создания нанокомпозитов с заданными свойствами необходимо определение физико-химических механизмов взаимодействия матрица – металлсодержащая составляющая, природы химической связи между матрицами и наночастицами оксидов металлов с различным составом и морфологией, влияние матрицы на морфологию, атомную и электронную структуру металлооксидных наночастиц. Ввиду этого изучение подходов к синтезу новых гибридных наноматериалов на основе металлоксидных наноструктур и кремниевых, углеродных и полимерных матриц и систематическое исследование структуры, морфологии и физико-химических свойств полученных наноматериалов в зависимости от условий синтеза имеют важное значение в фундаментальных и прикладных аспектах.

      2. Возможности современных экспериментальных и теоретических методов исследования нанокомпозитных материалов

      2.1. Электронная микроскопия. Общие принципы, разновидности, преимущества и недостатки

      Электронная микроскопия представляет собой совокупность методов исследования микроструктуры, локального состава поверхностей или микрообъёма тел в конденсированном состоянии. Можно выделить два основных направления электронной микроскопии: сканирующую или растровую (СЭМ или РЭМ, англоязычный термин Scanning electron microscopy – SEM) и трансмиссионную или просвечивающую (TEM или ПЭМ, англоязычный