Geum.ru

Методика эксперимента. Спектрально-кинетические характеристики замедленной флуоресценции и фосфоресценции молекул эозина и акрифлавина изучались на установке, блок-схема которой представлена на рис. 1

Вид материалаИсследование

Содержание


Исследование фрактальной наноструктуры поверхности пленок анодированного алюминия методом малоуглового рассеяния света
Возможности метода магнитного резонанса для целей нанотехнологий и изучения наноматериалов
The possibilities of the nuclear magnetic resonance for purposes of nano technology and studying of nanomaterials
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

ИССЛЕДОВАНИЕ ФРАКТАЛЬНОЙ НАНОСТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ПЛЕНОК АНОДИРОВАННОГО АЛЮМИНИЯ МЕТОДОМ МАЛОУГЛОВОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА


УДК 535.373.2,537.623.5


А.М.Иванов, Н.А. Мыслицкая, В.В. Брюханов

ФГОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»

236000, г. Калининград, Советский проспект, 1, Россия; e:mail: ridlerg@mail.ru


Получение тонких пленок анодированного алюминия представляет значительный интерес для многих практических приложений, среди которых наиболее актуально создание фрактальных наноструктур в объеме и на поверхности конденсированных сред. В последнее время поверхности и подобные им дисперсные среды рассматриваются как фракталы, имеющие дробную пространственную размерность. Для исследований в данной области применяются различные методы. Наряду с методами атомно-силовой (АСМ) и сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), простым и доступным методом является метод исследования структуры поверхности с помощь малоуглового рассеяния света.

В работе исследовалась кинетика деструкции тонких пленок анодированного алюминия (Al2O3). Предварительно образцы повергались электролизу в 30%-ном растворе серной кислоты с различным временем выдержки. Плотность тока анодирования составляла 2А/дм2, что позволило создать регулярную ячеистую структуру, перпендикулярную поверхности.

В


ходе работы был использован метод малоуглового рассеяния света. Оптическая схема установки для регистрации угловых зависимостей упругого рассеяния света при анодировании пленок, собранная на базе гониометра «ЛОМО», приведена на рис. 1. Луч гелий-неонового лазера (0,63 мкм) мощностью около 1 мВт с контролируемой ориентацией поляризации света использовался в качестве зонда при измерениях в отраженном свете. Диаметр светового пятна на поверхности образца составлял около 1 мм. Рассеянный свет регистрировался фотоэлектронным умножителем, работающим в режиме счета фотонов. Интенсивность рассеянного света рассчитывалась с использованием 32-битного 282-канального коррелятора «Photocor-FC», подключенного к компьютеру. Измерения интенсивности рассеянного света производились с шагом 1о.

Зависимость интенсивности света, рассеянного на фрактальной поверхности, от вектора рассеяния описывается формулой

I(q) ~ q-m , (1)

где q = 4p/ λ sin (q /2) – вектор рассеяния, λ – длина волны света, q – угол рассеяния. При рассеянии на “массовых” фракталах параметр m равен фрактальной размерности D, при рассеянии на фрактальной поверхности m=6-D, где D-фрактальная размерность поверхности. Строя зависимость I(q) в логарифмических координатах, по углу наклона полученной прямой находим фрактальную размерность:




(2)


Результаты эксперимента приведены на рис. 1, 2. Из расчетов фрактальной размерности поверхности видно, что с увеличением времени анодирования размерность возрастает от 2,09 (время анодирования 15 мин) до 2,29 (время анодирования 50 мин). С целью проверки полученных результатов были получены сканы соответствующих поверхностей методом атомно-силовой микроскопии (микроскоп СММ2000). Вычисление фрактальной размерности производилось с помощью программного обеспечения микроскопа. Для пленки со временем анодирования 15 мин значение размерности составило 2,09, для пленки со временем анодирования 50 мин это значение было определено 2,21. Видно, что результаты совпадают с данными, полученными методом малоуглового рассеяния света.

Следует отметить, что разработанный метод исследования структуры поверхностей в сочетании с предложенной математической обработкой результатов измерения света – прост в реализации и универсален.








Рис. 2. График зависимости интенсивности рассеянного света от вектора рассеяния при времени анодирования 50 мин


ВОЗМОЖНОСТИ МЕТОДА МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА ДЛЯ ЦЕЛЕЙ НАНОТЕХНОЛОГИЙ И ИЗУЧЕНИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ



УДК 539.107

Г.С. Куприянова, Г.В. Мозжухин

Российский государственный университет им. И. Канта, Россия, Калининград, ул.А.Невского 14, galkupr@yandex.ru


Наиболее важными проблемами для развития современных нанотехнологий является разработка новых композиционных материалов с заранее заданными специфическими свойствами, такими как прочность, пластичность, электрическая проводимость и др. Миниатюризация структурных элементов предъявляет жесткие требования к строению составных элементов и сохранению их свойств при изменении внешних макропараметров, таких, как давление, температура, влажность. Во многом изменение свойств зависит от того, как происходит внедрение отдельных гостевых атомов или группы атомов в кристаллическую решетку, элементарную ячейку или в нанотрубку, каким образом происходит связывание его с окружением, в какой мере образуются кластерные системы, а также от пограничных эффектов и наличия дефектов. Традиционно наиболее эффективными методами исследования вещества являются ядерный магнитный, ядерный квадрупольный и электронно-парамагнитный резонансы, позволяющие получить не только детальную информацию о молекулярной структуре, подвижности молекулярных фрагментов при варьировании температуры, но и проследить изменение структур при варьировании внешних макропараметров и фазовых переходах. Тем не менее. пока еще магнитно-резонансные методы не получили должного распространения в областях, связанных с нанотехнологиями. Тому есть несколько причин. Одна из них связана с низкой чувствительностью метода по сравнению с масс- спектроскопией, с оптическими методами и методами атомно-абсорбционной спектроскопии, а другая - с тем, что в основном свойства наноструктур затрагивают поведение квадрупольных ядер, которые в отличие от ядер со спином ½ дают широкие линии ЯМР и требуют специальных методик для извлечения информации о динамике и структуре молекул. Тем не менее, нельзя не заметить явного прогресса в технике ЯМР и высоких ее потенциальных возможностях [1]. Использование сверхпроводящих магнитов вплоть до 21-22Тл привело к значительному увеличению чувствительности метода. Образцы в несколько нанограмм могут быть теперь успешно исследованы. Применение новых технологий многоимпульсных последовательностей с наложением градиентных импульсов особой формы открыли новые возможности в технике имейжинга (imaging), позволяя достичь разрешения около 5 микрон. Также возможно применение высокотемпературных интерференционных сверхпроводников в качестве датчиков. В последние годы в качестве таких устройств применяются нанопленки YBCO(YBa2Cu3O7) с критической температурой сверхпроводимости Тс выше 77К. Сверхтонкие пленки представляют интерес как для физических исследований, так и для практического использования. Одним из возможных применений YBCO является использование их в качестве предусилителей в радиочастотном детекторе спектрометров на основе ЯКР, ЯМР. Предполагается, что данные устройства будут иметь преимущество в диапазоне до 1 МГц, что позволит детектировать сигналы от ряда азотсодержащих веществ (например, лекарственных препаратов) в ЯКР, а также использовать для томографического применения в ЯМР. В настоящее время особенно интенсивные работы в данной области проводятся в Японии и США [9] .

Достигнут значительный прогресс в исследовании материалов на основе фуллеренов и их производных, которые уже нашли применение в нанотехнологиях и наномедицине [2]. ЯМР с использованием техники вращения образца под магическим углом (MAS) позволяет дать однозначный ответ на вопрос о характере валентных связей и типе результирующего материала: это ячеистая структура фуллерена, трубчатая или наноразмерная форма алмаза [3]. Наиболее полно потенциал ЯМР может быть использован при изучении подвижности атома, захваченного внутри канала нанотрубки. Любая химическая модификация нанотрубок приводит к резкому изменению механических свойств результирующего материала. Поэтому наиболее важным остается вопрос диагностики присутствия гостевого атома и его местоположения. Данные ЯМР измерений анизотропии химического сдвига или градиента электрического поля около исследуемого квадрупольного ядра однозначно ответят на этот вопрос [4]. Наиболее полно потенциал ЯМР может быть использован при изучении подвижности атома, захваченного внутри канала нанотрубки.

Определенный прогресс наблюдается в изучении металлических кластеров и явлений, происходящих на поверхности с использованием техники SEEING ЯМР [5]. Наиболее важным вопросом остается вопрос: насколько может быть мал кластер, сохраняющий металлические свойства? Идентификационным признаком наличия металлических свойств является Найтовский частотный сдвиг в ЯМР спектрах, обусловленный взаимодействием ядра с электронами проводимости. Согласно теории Кубо этот сдвиг зависит от размера кластера [6]. Более того, он зависит от того, является ли число электронов четным или нечетным. Такие эффекты позволяют проверить фундаментальные положения квантовой статистики.

При исследовании многокомпонентных смесей, содержащих жидкую фазу, применение ЯМР высокого разрешения позволяет решить ряд важных проблем о составе многокомпонентной смеси, о фазовых переходах, о молекулярной структуре и вопрос о подвижности молекулярных фрагментов. Использование методов двумерного ЯМР с применением градиентных импульсов позволяет различить компоненты с различной подвижностью и определить коэффициенты диффузии [7]. Применение методов разностной ЯМР спектроскопии позволяет различить молекулярные изомеры, возникающие под действием лазерного возбуждения [8]. Эти методы могут быть успешно использованы для исследования подвижности наночастиц в жидкой среде и определения коэффициентов диффузии.

Таким образом, в области магнитного резонанса накоплен значительный потенциал, который может быть использован в новых областях, связанных с получением новых материалов для нанотехнологий, исследованием наночастиц в жидких средах, поведением гостевых атомов в решетке и на поверхности.


Список литературы

  1. Spraul M., Eichhoff U. NMR. Where are the limit?. VI International Workshop on Magnetic resonance. Rostov-on-Don, October 8-11, p.11-13 (2002)
  2. Muller D. Nanomaterials and NMR. Briker Spin Reports. v. 156, p.36-37 (2005)
  3. Maniwa Y., Sato M.,Kozlov M.E., Tokumoto M. Carbon, 34 (1996)
  4. Kupriyanova G. S. Nuclear magnetic relaxation of spin I=1/2 scalar coupled to a
    quadrupolar nucleus in the presence of cross-correlation effects. Applied Magnetic Resonance, 26, p.283-305 (2004)
  5. Neue G. Bruker Reports 2/1990 p. 25-29 (1990)
  6. Kubo R. J.Phys. Soc.Japan. 17, p.975-992 (1962)
  7. Morris K., Jonson C.S. Diffusion-Ordered two-dimension NMR spectroscopy. J. Am.Chem. Soc. 114 N 8 p.3140-3141 (1992)
  8. Куприянова Г.С. Применение разностной ЯМР спектроскопии для раздельной регистрации фотоизомеров. Известия вузов. Физика. №12. c.105-106 (1994)
  9. D. F.He, M. Tachiki and H. Itozaki, Supercond. Sci. Technol. 20, 232–234(2007); Schiano J.L., Wilker C. Patent WO2006060706, 2006-06-08, G01R33/44.



THE POSSIBILITIES OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE FOR PURPOSES OF NANO TECHNOLOGY AND STUDYING OF NANOMATERIALS


G.S.Kupriyanova, G.V.Mozzhukhin


The enormous number of NMR methods have given us possibility to reach the excellent results in study of structural characterization of varies materials ranging from organic, porous material, zeolites and biomolecules. However, the sensitivity of spectroscopic techniques NMR is relatively low. This fact puts restrictions on wide application of the achievements of NMR to nanomaterials. In present paper we consider problems of using the enormous potential of NMR for purpose of nanotechniques and for study of nanomaterials