RU2671361C1 - Способ получения пленок пористого кристаллического диоксида олова - Google Patents

Способ получения пленок пористого кристаллического диоксида олова Download PDF

Info

Publication number
RU2671361C1
RU2671361C1 RU2018111570A RU2018111570A RU2671361C1 RU 2671361 C1 RU2671361 C1 RU 2671361C1 RU 2018111570 A RU2018111570 A RU 2018111570A RU 2018111570 A RU2018111570 A RU 2018111570A RU 2671361 C1 RU2671361 C1 RU 2671361C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
matrix
tin dioxide
porous
porous crystalline
mwcnt
Prior art date
Application number
RU2018111570A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Николаевич Несов
Петр Михайлович Корусенко
Сергей Николаевич Поворознюк
Валерий Викторович Болотов
Константин Евгеньевич Ивлев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Омский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ОНЦ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Омский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ОНЦ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Омский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ОНЦ СО РАН)
Priority to RU2018111570A priority Critical patent/RU2671361C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2671361C1 publication Critical patent/RU2671361C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/168—After-treatment
    • C01B32/174—Derivatisation; Solubilisation; Dispersion in solvents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G19/00—Compounds of tin
    • C01G19/02—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/086—Oxides of zinc, germanium, cadmium, indium, tin, thallium or bismuth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам формирования пористого оксидного материала и может быть использовано для разработки анодных материалов литий-ионных батарей и суперконденсаторов нового поколения, чувствительных элементов газовых сенсоров. Способ получения пленок пористого кристаллического диоксида олова включает создание композита на основе матрицы, в качестве которой используют слои многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ). Композит формируют путем магнетронного нанесения на матрицу нестехиометрического аморфного оксида олова (МУНТ/SnO). Затем проводят удаление матрицы посредством термической обработки на воздухе при температуре 400-700°С в течение 15-45 минут. Изобретение позволяет повысить чистоту пленок пористого кристаллического диоксида олова, в котором отсутстуют нежелательные примеси. 1 ил., 1 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к способам формирования пористого оксидного материала и может быть использовано для разработки анодных материалов литий-ионных батарей и суперконденсаторов нового поколения, чувствительных элементов газовых сенсоров.
Известны методы получения наноматериалов, основанные на использовании газофазного синтеза, плазмохимии, осаждений из полученных растворов и т.д. [1]. Они планируют получение высокодисперсных нанокристаллических порошков твердой среды, в частности оксидов с последующим компактированием, в том числе осаждением на подложку (патент США №6036774).
Известен способ получения высоко дисперсного порошка диоксида олова (А. с. СССР №1696390), который основан окисление металлического олова кислородом при температуре 1700-3200°С при определенных углах подачи струи кислорода в реакционную зону.
Рассмотренные методы в своей основе предполагают использование уже высокодисперсных порошков металла, либо реализацию синтеза оксида при высоких температурах, давлениях и других энергетически затратных условиях. С использованием данных методов после компактирования получают беспористые или малопористые консолидированные наноматериалы. В то время как для определенных сфер применения, например, аноды литий-ионных батарей, электроды суперконденсаторов и чувствительные элементы газовых сенсоров, использование пористых наноматериалов с чрезвычайно высокой удельной поверхностью позволит значительно улучшить эксплуатационные характеристики изделий.
Одним из наиболее распространенных и перспективных способов получения пористых наноматериалов является золь-гель метод. Получаемые с его использованием материалы обладают рядом уникальных свойств: высокая химическая однородность получаемых продуктов, позволяющая существенно снизить температуру и продолжительность термообработки, возможность контролировать размер частиц и структуру пор материалов на разных стадиях синтеза. Достоинством золь-гель метода является то, что механические свойства золей и гелей позволяют применять их для получения волокон, пленок и композитов путем нанесения золя на подложку или пропитки пористого материала. Но у этого метода есть серьезные недостатки: он не обеспечивает монодисперсности частиц; не позволяет получать двумерные и одномерные наноструктуры и контролировать их параметры анизотропии; этим методом нельзя синтезировать пространственно-упорядоченные структуры, состоящие из наночастиц, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, или параллельных нанопластин с прослойками инертной матрицы; получение требуемых систем невозможно из-за химического взаимодействия прекурсоров или продуктов синтеза с гелеобразующим агентом. К недостаткам также можно отнести многостадийность и высокую продолжительность процесса, использование небезопасных экологически вредных химических реактивов.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения тонких пленок, содержащих наноструктурированный диоксид олова (патент РФ №2379784), который заключается в получении однородных упорядоченных структур диоксида олова. Предварительно посредством электрохимического анодного окисления в растворах кислот на алюминии формируется пористая оксидная пленка с регулярной наноструктурой в виде одинаковых пористых ячеек с диаметром пор 10-30 нм и плотностью (10-70)⋅109 частиц на см2, расположенных ортогонально поверхности алюминия. Затем поры в ячейках наноструктурированного оксида алюминия электрохимически заполняют металлическим оловом, после чего окисляют олово на воздухе при температуре 250-450°С в течение 40-90 минут. В результате образуются тонкие пленки, содержащие наноструктурированный диоксид олова.
К недостаткам данного метода следует отнести то, что в сформированных пленках помимо однородных упорядоченных структур наноструктурированного диоксида олова (что является целью метода) сохраняется исходная матрица пористого оксида алюминия, которая может затруднять или делать менее эффективным практическое использование полученных пленок.
Целью изобретения является создание технологичного метода получения пленок пористого кристаллического диоксида олова, в которых отсутствуют нежелательные примеси.
Предлагаемый способ получения пленок пористого кристаллического диоксида олова включает создание композита на основе матрицы и отличается тем, что в качестве матрицы используют слои многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ), композит формируют путем магнетронного нанесения на матрицу нестехиометрического аморфного оксида олова (МУНТ/SnOx), с последующим удалением матрицы посредством термической обработки на воздухе при температуре 400-700°С в течение 15-45 минут.
На Фиг. 1 представлены сканирующие электронно-микроскопические (СЭМ) изображения: а - поверхность слоя МУНТ; b - поверхность композита MУHT/SnOx; с - поверхность пленки пористого кристаллического диоксида олова; d - торцевой скол пористого SnO2 на подложке SiO2/Si.
Композиты МУНТ/SnOx (Фиг. 1 b) были сформированы по ранее отработанной методике [2, 3] методом магнетронного распыления оловянной мишени (Sn 99.9%) в аргон-кислородной плазме на слоях МУНТ (Фиг. 1 а) толщиной 10-20μm, выращенных методом CVD (Chemical Vapor Deposition) при пиролизе смеси ацетонитрила и ферроцена (100:2) на подложках SiO2/Si. Для удаления МУНТ и формирования пленки пористого SnO2 использовался отжиг на воздухе. Посредством варьирования режимов отжига удалось добиться положительного результата при нагреве композита МУНТ/SnOx от 400 до 700°С в течение 15-45 минут (Фиг. 1 с, d).
СЭМ изображение (Фиг. 1 b), а также результаты ранее проведенных исследований [2, 3] показывают, что для композитов МУНТ/SnOx, сформированных методом магнетронного напыления, наблюдается достаточно равномерное распределение металлоксидного слоя по всей поверхности углеродных трубок. После отжига на воздухе формируется пленка в виде однородного слоя толщиной порядка 5 μm, состоящего из сферических частиц со средним размером ~ 0.1 μm. Анализ элементного состава, выполненный по трем точкам посредством EDX (energy-dispersive X-ray spectroscopy), показал отсутствие углерода в отожженном образце, преобладающего в исходном композите (таблица). Отношение атомных концентраций кислорода и олова для отожженного образца свидетельствует о формировании диоксида олова. Сформированные пленки состоят только из упорядоченных структур нанокристаллического диоксида олова и не содержат исходной матрицы. Помимо этого, в нашем случае структура состоит из связанных между собой кластеров кристаллического диоксида олова с высокой удельной поверхностью устойчиво закрепленных на подложке SiO2/Si. Данные факторы делают полученный материал весьма перспективным для изготовления анодов литий-ионных батарей, суперконденсаторов и чувствительных элементов газовых сенсоров.
Пример осуществления способа.
Слои МУНТ получены методом газофазного осаждения при пиролизе смеси ацетилонитрила и ферроцена (100:1) на подложках из монокристаллического кремния с поверхностным термическим оксидом толщиной 100 нм. Синтез МУНТ проведен в реакторе при температуре 800°С в течение 12 минут. Толщина выращенного слоя МУНТ составила ~ 15 μm.
Композиты МУНТ/SnOx сформированы методом магнетронного распыления оловянной мишени (Sn 99.9%) в аргон-кислородной плазме на слоях МУНТ при давлении в камере ~ 7.5⋅10-6 Торр. Парциальное давление кислорода составляет ~ 1.5⋅10-5 Торр. Ток разряда составляет 100 мА при напряжении 500 В.
Для удаления МУНТ и формирования пленки пористого кристаллического диоксида олова проводят отжиг на воздухе при температуре 500°С в течение 30 минут. Посредством этого удалось создать однородную пленку пористого кристаллического диоксида олова на подложке SiO2/Si с характерным размером частиц олова ~ 0.1 μm (Фиг. 1, с) и толщиной ~ 5 μm (Фиг. 1, d).
Figure 00000001
Источники информации
1. А.И. Гусев. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2007, с. 416
2. Болотов В.В., Кан В.Е., Корусенко П.М., Несов С.Н., Поворознюк С.Н., Пономарева И.В., Росликов В.Е., Стенькин Ю.А., Шелягин Р.В., Князев Е.В. Механизмы формирования слоев нанокомпозитов на основе многостенных углеродных нанотрубок и нестехеометрического оксида олова. ФТТ. 2012. Т. 54. Вып. 1. С. 154-161.
3. Несов С.Н., Болотов В.В., Корусенко П.М., Поворознюк С.Н., Вилков О.Ю. Межфазное взаимодействие в композите на основе многостенных углеродных нанотрубок и аморфного оксида олова. ФТТ. 2016. Т. 58. Вып. 5. С. 966-971.

Claims (1)

  1. Способ получения пленок пористого кристаллического диоксида олова, включающий создание композита на основе матрицы, отличающий тем, что в качестве матрицы используют слои многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ), композит формируют путем магнетронного нанесения на матрицу нестехиометрического аморфного оксида олова (МУНТ/SnOx) с последующим удалением матрицы посредством термической обработки на воздухе при температуре 400-700°С в течение 15-45 минут.
RU2018111570A 2018-03-30 2018-03-30 Способ получения пленок пористого кристаллического диоксида олова RU2671361C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018111570A RU2671361C1 (ru) 2018-03-30 2018-03-30 Способ получения пленок пористого кристаллического диоксида олова

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018111570A RU2671361C1 (ru) 2018-03-30 2018-03-30 Способ получения пленок пористого кристаллического диоксида олова

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2671361C1 true RU2671361C1 (ru) 2018-10-30

Family

ID=64103264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018111570A RU2671361C1 (ru) 2018-03-30 2018-03-30 Способ получения пленок пористого кристаллического диоксида олова

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2671361C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2711386C1 (ru) * 2019-10-02 2020-01-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Способ нанесения покрытия SnO2

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2379784C1 (ru) * 2008-12-02 2010-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" Способ получения тонких пленок, содержащих наноструктурированный диоксид олова
RU2446233C1 (ru) * 2010-07-16 2012-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ГОУ ВПО КубГУ) Способ получения тонких пленок диоксида олова
CN103342384A (zh) * 2013-06-19 2013-10-09 天津大学 利用自支撑碳纳米管膜制备碳纳米管/金属氧化物同轴结构的方法
RU2528032C2 (ru) * 2012-09-18 2014-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Способ изготовления чувствительного элемента датчиков газов с углеродными нанотрубками
RU2530495C1 (ru) * 2013-07-18 2014-10-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) Федеральный Университет" (ФГАОУ ВПО КФУ) Упрочняющее теплоотражающее просветляющее покрытие

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2379784C1 (ru) * 2008-12-02 2010-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" Способ получения тонких пленок, содержащих наноструктурированный диоксид олова
RU2446233C1 (ru) * 2010-07-16 2012-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ГОУ ВПО КубГУ) Способ получения тонких пленок диоксида олова
RU2528032C2 (ru) * 2012-09-18 2014-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Способ изготовления чувствительного элемента датчиков газов с углеродными нанотрубками
CN103342384A (zh) * 2013-06-19 2013-10-09 天津大学 利用自支撑碳纳米管膜制备碳纳米管/金属氧化物同轴结构的方法
RU2530495C1 (ru) * 2013-07-18 2014-10-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) Федеральный Университет" (ФГАОУ ВПО КФУ) Упрочняющее теплоотражающее просветляющее покрытие

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2711386C1 (ru) * 2019-10-02 2020-01-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Способ нанесения покрытия SnO2

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10953467B2 (en) Porous materials comprising two-dimensional nanomaterials
CN108698849B (zh) 通过在悬浮的非负载型石墨烯纳米片上生长氧化锌纳米棒或微米棒获得的石墨烯基复合纳米结构的生产
KR101801789B1 (ko) 다공성 탄소 재료 및 이의 제조 방법
US20190210345A1 (en) Graphene Paper Having High Through-Plane Conductivity and Production Process
Soin et al. Microstructural and electrochemical properties of vertically aligned few layered graphene (FLG) nanoflakes and their application in methanol oxidation
Kondo et al. Porous boron-doped diamond electrodes fabricated via two-step thermal treatment
Ayuk et al. A review on synthetic methods of nanostructured materials
CN106276870B (zh) 石墨烯-碳纳米管纯碳复合薄膜的制备方法
WO2010143585A1 (ja) カーボンナノチューブおよびその製造方法
AU2021201413A1 (en) Graphene electrode
Eskizeybek et al. Structural and optical properties of CdO nanowires synthesized from Cd (OH) 2 precursors by calcination
US20210010132A1 (en) Method for preparing surface-active onion-like carbon nanospheres based on vapor deposition
Hosseini et al. Synthesis of carbon nanotubes, nano fibbers and nano union by electric arc discharge method using NaCl accuse as solution and Fe and Ni particles and catalysts
Chicatun et al. Carbon nanotube deposits and CNT/SiO2 composite coatings by electrophoretic deposition
Wang et al. Single crystal TiO2 nanorods: Large-scale synthesis and field emission
RU2671361C1 (ru) Способ получения пленок пористого кристаллического диоксида олова
He et al. Growth of vertical MoS2 nanosheets on carbon materials by chemical vapor deposition: Influence of substrates
TWI477437B (zh) 由閥金屬及閥金屬次氧化物所組成之奈米結構及製造彼等之方法
KR20040079226A (ko) 전이금속산화물/탄소나노튜브 합성물 제작방법
Yin et al. Postgrowth processing of carbon nanotube arrays-enabling new functionalities and applications
Fang et al. Carbon nanotubes on nanoporous alumina: from surface mats to conformal pore filling
Fan et al. In Situ crystallization to zinc aluminate films with controlled surface microstructure and anticorrosion performance
Santos et al. Influence of synthesis conditions on the properties of electrochemically synthesized BaTiO3 nanoparticles
Xu et al. Morphology and growth mechanism of amorphous silicon carbide sputtered on anodic aluminum template by radio frequency magnetron sputtering
Yang et al. Effect of oxygen vacancies on the surface morphology and structural properties of WO3–x nanoparticles