Electrometallurgy Today, 2014, №02



2014 №02 (05)

2014 №02 (07)

---

Современная электрометаллургия, 2014, #2, 36-43 pages  

СТРУКТУРА КОНДЕНСАТОВ ДИОКСИДА ТИТАНА, ПОЛУЧЕННЫХ СПОСОБОМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОСАЖДЕНИЯ В ВАКУУМЕ

Л. А. Крушинская

Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
 
 
Abstract
Исследованы морфология поверхности, микроструктура, элементный и фазовый составы толстых конденсатов TiO2, полученных способом EB PVD, в зависимости от температуры конденсации Tп. Экспериментальные исследования конденсатов проводили с применением рентгенодифракционного метода, оптической, растровой и просвечивающей электронной микроскопии. При формировании конденсатов TiO2 в интервале температур конденсации 120...1200°С зафиксированы те же закономерности, что и для большинства неорганических материалов: формирование наноразмерной до Тп < 0,3Тпл и столбчатой структур в интервале 0,3Тпл < Тп < 0,5Тпл. Дополнительный вклад в размерность и морфологию структуры вносят полиморфные превращения. Обнаружено присутствие наноструктурной составляющей различной морфологии и фазового состава в широком интервале температур осаждения. В интервале Тп 120...700 °С формируется фрактальная структура с размерностью 2,92...2,95. Приведены результаты измерений электрической прочности конденсатов диоксида титана. Полученные способом вакуумного осаждения различные формы TiO2 (покрытия, конденсированные материалы, наночастицы) с заданными морфологией и функциональными свойствами являются перспективными для многих направлений в технике и в медицине. Библиогр. 25, табл. 1, ил. 6.
 
 
Keywords: электронно-лучевое осаждение; диоксид титана; микроструктура; наноматериалы; фазовый состав; полиморфные превращения; фрактальная размерность
 
 
Received:                23.02.14
Published:               05.06.14
 
 
References
1. Хороших В. М., Белоус В. А. Пленки диоксида титана для фотокатализа и медицины // Физическая инженерия поверхности. - 2009. - 7, № 3. - С. 223-238.
2. Ищенко О. М., Костылева К. Л. Диоксид титана - чудо материал // http://www.nanometer.ru/2008/04/22/ konkurs_statej_46690.html.
3. Karuppuchamy S., Iwasaki M., Minoura H. Physico-chemical, photoelectrochemical and photocatalytic properties of electrodeposited nanocrystalline titanium dioxide thin films// Vacuum. - 2007. - 81. - P. 708-712.
4. Герасименко Ю. В., Логачева В. А., Ховив А. М. Синтез и свойства тонких пленок диоксида титана // Конденсированные среды и межфазные границы. - 2010. - 12, №2. - С. 113-118.
5. Narashimha Rao K., Mohan S. Optical properties of electron-beam evaporated TiO2 films deposited in an ionized oxygen medium // J. of vacuum science and technology A: Vacuum, Surfaces and Films. - 1990. - 8. - P. 3260-3264.
6. Електронно-променевий синтез наночастинок титану та їх термічна стабільність / Б. О. Мовчан, Ю. А. Курапов, Л.А. Крушинська та ін. // Металознавство та обробка металів. - 2012. - № 1. - С. 40-45.
7. Movchan B. A. Inorganic materials and coatings produced by EBPVD// Surface Engineering. - 2006. - 22, № 1. - P. 35-45.
8. Мовчан Б. А. Электронно-лучевая технология испарения и осаждения из паровой фазы неорганических материалов с аморфной, нано- и микроструктурой // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии: Зб. наук. праць. - Київ: Академперіодика, 2004. - 2, вип. 4. - С. 1103-1125.
9. Яковчук К. Ю., Стельмах Я. А. Лабораторная электронно-лучевая установка для осаждения из паровой фазы неорганических материалов с аморфной, нано- и микроразмерной структурой // Материалы конференции НАНСИС 2004 (12-14 окт., 2004, Киев). - Киев, 2004. - С. 387.
10. Young R. A. The Rietveld method. Е Oxford: OxfordUniversity Press, 1995. - 298 p.
11. Materials anlysis using diffraction. http://www.ing.unitn. it/~maud/
12. Popa N.C., Balzar D. An analytical approximation for a size-broadened profile given by the lognormal and gamma distributions // J. Appl. crystallogr. - 2002. - 35. - P. 338-346.
13. Исследование влияния толщины слоя на структуру и свойства вакуумных конденсатов окиси алюминия и двуокиси циркония, полученных электронно-лучевым испарением / Ф. Н. Тавадзе, О. П. Шаламберидзе, М.Н. Окросашвили, Э. Р. Кутелия // Пробл. спец. электрометаллургии. - 1981. - Вып. 14. - С. 71-78.
14. Thornton J. A. High rate thick film growth // Ann. Rev. Mater. Sci. - 1977. - 7. - P. 239-260.
15. Microstructural evolution during film growth / I. Petrov, P.V. Barna, L. Hultman, J. E. Greene // J. Vac. Sci. Technol. A. - 2003. - 21, Sept./Oct. - P. 117-128.
16. Крушинская Л. А., Стельмах Я. А. Структура и некоторые свойства толстых конденсатов оксида алюминия, получаемых электронно-лучевым испарением и осаждением паровой фазы в вакууме // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. - 2010. - 8, № 4. - С. 1003-1014.
17. Diebold U. The surface science of titanium dioxide // Surface Science Reports. - 2003. - 48. - P. 53-229.
18. Landolt-Bornstein. Numerical data and functional relationships in science and technology. Vol. III/17 g. - Berlin: Semiconductor, Springer Verlag, 1984. - P. 413.
19. Atomic layer growth of epetaxial TiO2 thih films from TiCl4 and H2О on alpha Е Al2O3 substrate / J. Aarik, A. Aidla, H.Mandar et al. // J. Cryst. Growth. - 2002. - P. 242, 189.
20. Фазовые превращения в тонких пленках оксида титана в процессе химического синтеза при резко неравновесных условиях / А. П. Беляев, А. А. Малыгин, В. В. Антипов, В.П. Рубец // Физика твердого тела. - 2009. - 51, вып. 3. - С. 465-467.
21. Фазовые переходы в тонких пленках оксида титана под действием излучения эксимерного лазера / П. Митриев, Дж. Бервенути, П. Хофман и др. // Письма в ЖТФ. - 2005. - 31, Вып. 21. - С. 17-23.
22. Золотухин И. В., Калинин Ю. Е., Логинова В. И. Твердотельные фрактальные структуры // Альтернативная энергетика и экология. Наносистемы: синтез, свойства, применение. - 2005. - № 9. - С. 56-66.
23. Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. - М.: Институт компьютерных исследований, 2002. - 656с.
24. Олемский А. И., Флат А. Я. Использование концепции фрактала в физике конденсированной среды // Успехи физических наук. - 1993. - 163, № 12. - С. 1-50.
25. Chenqhua Sun, Nuanxia Wang, Shiyi Zhou at al. Preparation of self-supporting hierarchical nanostructured anatase/rutile composite TiO2 films // Chemical Communications. - 2008. - Is. 28. - P. 3293-3245.