Вариант №2
1. Приведите основные классы прекурсоров. Приведите примеры реакций синтеза наноматериалов с использованием прекурсоров каждого класса в CVDпроцессе. Какие условия проведения процесса нужно выбрать для приведённых вами реакций.
2. Электродуговая металлизация. Объясните принцип действия метода с использованием функциональной схемы процесса, укажите достоинства, недостатки, связь параметров процесса и характеристик получаемого продукта.
1. Основные классы прекурсоров
А )Алкилы
Zn(CН3 COO)2 :2H2 O → ZnO+ CO2 +CH3 +Пар[ПВС1]
Для получения пленок чистого оксида цинка методом химического парофазного осаждения (CVD) на стеклянных и кремниевых подложках, в качестве материала осаждения применялся водный раствор азотнокислого алюминия.
2 AL(NO3)3*9(H 2 O) -> AL2O3 + NO + H 2O
^ O2 (2.2)
При получении пленок ZnO температура подложки варьировалась в интервале Ts = 570-770 К. При этом менялась и скорость воздушного потока. Установлено, что пленки с наилучшей однородностью получены при Ts = 610-620 К и скорости воздушного потока v = 3,33-10 м/с. Наиболее важными факторами, влияющими на свойства пленок ZnO, полученных методом CVD, являются: температура подложки, скорость потока газа, положение образца и время его осаждения. Нами фиксировались три параметра получения пленок, в то время как четвертый варьировался.
Для изучения влияния положения подложки в кварцевой трубе на свойства пленки оксида цинка, осажденной на подложку, четыре подложки были размещены последовательно одна за другой, при этом было оставлено по 0,14 м свободными от каждого конца трубки. Длина каждой подложки составляла 0,076 м. Было установлено, что наилучшим положением для получения качественных покрытий является расположение подложек на расстоянии 0,21 м от конца кварцевой трубки. После определения наилучшего положения образца в трубке варьировалось время осаждения пленок ZnO (до 20 мин), температура изменялась в интервале 570-770 К, при скорости потока рабочего газа 3,33-10-5 м3/с.[ПВС2]
Б) ферроцены и алкилферроцены
создание пленок α-FeSi2 на поверхности кремния методом LPCVD.
Пленки α-FeSi2 осаждались на подложки Si(100) методом химического осаждения с использованием газовой смеси ферроцена и водорода в области температур 800–1000 °C при пониженном давлении. Водород выбран в качестве газа-восстаносителя. Структура получаемых пленок изменятся в зависимости от условий осаждения. При температуре осаждения 900 °С наиболее развитой является плоскость кристалла (001), а при температуре 1000 °C – (111).
В) β-дикетонаты металлов (Соединения, имеющие хелатный цикл –О–М–О–С–СН–С–)
ацетилацетонат циркония в присутствии кислорода:
Zr(C5H7O2)4+ 24O2→ZrO2↓+ 20CO2↑+ 14H2O↑
методом MOCVD получена плотно прилегающая, однородная и прозрачная тонкая пленка ZrO2, исходя из ацетилацетоната циркония Zr(асас)4. Низкое парциальное давление кислорода приводит к образованию аморфной пленки при 700°С, в то время, как высокое парциальное давление кислорода инициирует кристаллизацию пленки в виде стехиометрической кубической или тетрагональной структуры. Парциальное давление кислорода может также влиять на стехиометрическое соотношение кислорода и циркония. На основе данных анализов РФА и КР-спектроскопии можно сделать вывод об отсутствии моноклинной фазы и присутствии тетрагональной t-ZrO2 и кубической с-ZrO2 фаз.
Г) Алкоксиды
ZrO2 пленки осаждали на кремниевых подложках методом MOCVD с пульсирующим давлением. В качестве прекурсора использовался н-пропоксида циркония Zr(On-C3H7)4. Этим методом можно получать нано - кристаллические пленки кубического или тетрагонального оксида циркония. Температура субстрата является основным фактором, влияющим на скорость роста пленки и, в некоторой степени, на морфологию пленки. Полное покрытие субстрата было достигнуто без видимой пористости тонкой пленки при толщинах от 40 до 800 нм, выращенные при температурах субстрата от 500 до 700°С, при этом темпы роста составили от 0,1 до 1 мкм/ч. На более поздних стадиях роста, в среднем шероховатость поверхности сплошных пленок составляла 30 нм.
Д) Галогениды, алкениды и др. соединения с связью «металл-элемент»
Получают композитную пленку на основе частиц золота и оксида олова. В результате исследований были получены пленки двух типов: пленка из золотых наночастиц и Au/SnO2 композита. Количество наночастиц золота зависит от положения подложки относительно входного отверстия аэрозоля. В качестве прекурсоров использовали трихлорбутилолово (C4H9)SnCl3 и H[AuCl4]. Растворителем служил метанол. Температура осаждения составляла от 400°С до 500°С. Полученные пленки SnO2 были прозрачные, слегка желтоватые с хорошей адгезией к поверхности: тест “скотч” – ленты был положительным. Наночастицы золота имели цвет от голубого до пурпурного и оранжевого, что свидетельствует о различных размерах частиц и толщин пленки. Самая толстая пленка была получена вблизи от распыляющей головки. Схемы осаждения пленок:
Sn(C4H9)Cl3+ 4CH3OH = SnO2+ 3HCl + 2CH3OCH3+ C4H10
4HAuCl4+ 12CH3OH = 4Au + 16HCl + 6CH3OCH3+ 3O2
2. Схема процесса электродуговой металлизации
1-проволочный электрод, 2- катод и анод, 3-контроль подачи проволки, 4- электрическая дуга, 5- устройство для подачи сжатого воздуха, 6- обрабатываемая поверхность, 7- наносимое покрытие
Суть процесса электродуговой металлизации заключается в расплавлении двух проволочных электродов (1) электрической дугой (4), которая образуется между ними и последующим распылением данного метала сжатым воздухом (5) на обрабатываемую поверхность (6). Эффективность данного процесса и качество наносимого покрытия зависят от таких параметров, как:
- Скорость подачи проволки. Необходима равномерная подача проволки для распыления частиц с постоянной концентрацией.
- Расстояние до обрабатываемой поверхности. При больших расстояниях частицы могут не прикрепиться к поверхности, т. к. у них уменьшается скорость движения и им не хватит энергии для взаимодействия с поверхностью. При малых расстояниях, частицы имея большую скорость, могут пройти образец насквзь из-за тог[ПВС3] , что они имеют большую скорость и обладают большей температурой.
- Вращение обрабатываемой поверхности. Для равномерного нанесения частиц необходимо вращать обрабатываемую поверхность.
- Свойства обрабатываемой поверхности. Для качественного нанесения частиц, с поверхность должны быть сняты различные пленки и посторонние вещества. Необходимо придать поверхности шероховатость, для улучшения адгезии. Образец должен выдерживать температуру частиц и не деформироваться при соударении с ними. Поверхность должна реагировать с частицами.
-Подача воздуха. Необходима равномерная подача воздуха, чтобы в каждый момент времени было выпущено определенное количество частиц для равномерного осаждения частиц на поверхности. Скорость подачи должна быть такой, чтобы не произошло слипания двух проволочных электродов. Так же от скорости воздуха зависит скорость частиц и их температура.
-Температура. Процесс нанесения должен проводиться при определенных заданных параметрах температуры для каждого вещества. При высоких температурах возможна потеря свойств наносимого покрытия.
К преимуществам данного метода можно отнести высокую производительность процесса, его простоту и относительную дешевизну.
Так же имеются и недостатки: прочность сцепления покрытия с поверхностью ниже, чем у плазменного напыления; повышенное окисление металла и значительное выгорание легирующего компонента.[ПВС4]
[ПВС1]К сожалению это не алкил! Это соль уксусной кислоты, там нет связи металл-углерод
[ПВС2]ЭТО ТОЖЕ НЕ АЛКИЛ! Кроме того совсем не понятно как из оксида алюминия в конце концов получается оксид цинка? Видимо ядерные реакции, но тогда для них не верно указаны условия проведения.
[ПВС3]Ужасная ситуация, когда субмикронные частицы прошивают лист металла! (Возможно стоило указать о каких подложках вы говорите? )
[ПВС4]А если процесс проводить в токе инертного газа?
