Курсовая: Синтез нанокристаллических полупроводниковых частиц - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Синтез нанокристаллических полупроводниковых частиц

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 270 kb, скачать бесплатно
Обойти Антиплагиат
Повысьте уникальность файла до 80-100% здесь.
Промокод referatbank - cкидка 20%!

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Оглавлени


1. Введение 2

2. Литературный обзор 3

2.1. Твердофазный синтез в стекле 3

2.2. Осаждение из растворов 3

2.3. Гидротермальный метод. 4

2.4. Метод MOVPE. 4

3. Экспериментальная часть 5

3.1. Исходные вещества. 5

3.2. Синтез нанокристаллических PbS в растворе поливинилового спирта. 5

3.3. Синтез нанокристаллов в стеклянной матрице 5

3.4. Оптические измерения 5

4. Результаты и их обсуждение. 7

4.1. Полупроводниковые наночастицы PbS, полученные в матрице ПВС. 7

4.2. Полупроводниковые наночастицы PbS и PbTe, полученные в матрице стекла. 7

5. Выводы 9

6. Список литературы 10

7. Приложения 11




1. Введение


В последнее время одним из ведущих направлений в современном материаловедении стал синтез нанокристаллических веществ с заданными свойствами и создание функциональных материалов на их основе.

Повышенный интерес к наноматериалам можно объяснить двумя основными причинами. Во-первых, уменьшение размера кристаллитов является традиционным способом улучшения таких свойств материала, как каталитическая активность, реакционная способность по отношению к твердофазным реакциям, спекаемость порошкообразных веществ, механическая прочность. Во-вторых, при уменьшении размера кристаллитов ниже некоторой пороговой величины физико-химические и функциональные свойства вещества могут претерпевать значительные изменения, в результате чего вещество приобретает особые, не характерные для объемного материала, свойства (магнитные, оптические, сверхпроводящие, диэлектрические).

Все методы синтеза нанокристаллических материалов должны удовлетворять совокупности четко определенных критериев:

1. Неравновесность, позволяющая добиться спонтанного зародышеобразования и не допустить роста и агрегации сформировавшихся наночастиц.

2. Высокая химическая однородность получаемого наноматериала.

3. Монодисперсность образующегося вещества.

В настоящее время, известно множество различных методов получения вещества в нанокристаллическом состоянии. Их можно разделить на несколько основных групп:

-высокоэнергетические методы (испарение с последующей конденсацией, механохимический метод);

-синтез в нанореакторах (мицеллах, каплях, пленках и т.д.);

-химические методы (золь-гель, криохимический, гидротермальный методы);

-методы, основанные на удалении одного из компонентов микрогетерогенной системы за счет химической реакции (получение стекла, модифицированного полупроводниковыми или металлическими наночастицами).

Цель настоящей работы стало получение различными методами нанокристаллических полупроводников (PbS, PbTe, PdSe) и определение размера образующихся частиц.


2. Литературный обзор


2.1. Твердофазный синтез в стекле


Для получения нанокристаллических полупроводниковых материалов на основе халькогенидов свинца в качестве матрицы обычно применяют фосфатные [1] или силикатные [2] стекла, удовлетворяющие всем перечисленным требованиям. Кроме того, как известно, эти стекла имеют каркасную структуру с относительно большими размерами пустот. Наличие таких пустот облегчает начало кристаллизации получаемого вещества, но лимитирует размеры образующихся кристаллитов.

Для осуществления указанного синтеза первоначально отжигом при высокой температуре (большей температуры плавления исходного стекла) получают раствор PbSe в стекле. Далее эту систему отжигают при температурах порядка 400-600 ?С (ниже температуры плавления обоих компонентов), что приводит к кристаллизации PbSe в наноразмерные кристаллиты. Поскольку в обычных стеклах PbSe малорастворим, применяют стекла, в состав которых входит оксид бора. Кроме того, обычно используются стекла, содержащие оксид цинка, которые имеют относительно низкие температуры плавления.

Получение первоначальных растворов PbSe в стекле можно осуществлять несколькими методами. В работе [2], для примера, в состав стекла кроме указанных B2O3 и ZnO вводили также PbO. Далее это стекло смешивали с Se и проводили отжиг при температуре 1200-1300 ?С (Tпл(PbSe) = 1081 ?С [3], Tпл(стекла)  900 ?С). При этом образовывался PbSe в виде его раствора в стекле. Далее эту систему охлаждали до 460 – 540 ?С и выдерживали при этой температуре в течение 6 часов. Это позволило получить нанокристаллический PbSe с размерами зерен 1.6-7.3 нм.

Аналогичные схемы применяются также и для синтеза сульфида свинца и теллурида свинца.


2.2. Осаждение из растворов


Другим способом стабилизации нанокристаллического сульфида свинца является получение органо- или гидрозолей (например, PbS[DBS] или PbS[ПВС]) [4]. Они образуются при осаждении PbS из растворов нитрата свинца в DBS (додецилсульфонатбензол) или ПВС (поливиниловый спирт). Осаждение можно проводить как сероводородом, так и сульфидом натрия, в зависимости от природы используемого прекурсора и полимерной матрицы. В литературе описаны и другие методы получения нанокристаллических частиц PbS путем их осаждения из растворов:

  • осаждение сероводородом из метанольного раствора Pb(ClO4)2, Pb(CH3COO)2 в присутствии ПВС или из этанольного раствора в присутствии гидроксипропилцеллюлозы [5].

  • обработка раствора Pb(OAс)2 ·3H2O в глицерине небольшим количеством сероуглерода CS2 [6].

  • осаждение сульфидом натрия из метанольного раствора Pb(NO3)2, в присутствии тетраметоксисилана Si(OCH3)4 (золь-гель метод) [7].

  • синтез с использованием пленок Ленгмюра-Блоджетт (образованных свинцовой солью арахиновой кислоты) в атмосфере сероводорода [8].


2.3. Гидротермальный метод.


В работе [9] нанокристаллический PbS получили нагреванием в течении 24 часов, при температуре 1800 С, смеси водных растворов ацетата свинца и тиосульфата натрия, в присутствии ПАВ - C17H33COOK, в автоклаве из нержавеющей стали.


2.4. Метод MOVPE.


Авторы работы [11] предлагают в качестве метода синтеза нанокристаллических веществ метод напыления пленок металлоорганических соединений из газовой фазы.


В качестве объектов исследований были выбраны PbS и PbTe.



3. Экспериментальная часть


3.1. Исходные вещества.


Pb(NO3)2*10H2O (“ч.д.а.”), Na2CO3 (“х.ч.”), CaO (“ч.д.а.”), B2O3 (“х.ч.”), FeS2, HСl (конц), поливиниловый спирт (ПВС), PbTe (“х.ч.”), SiO2 (“ч.д.а.”).


3.2. Синтез нанокристаллического PbS в растворе поливинилового спирта.


Для получения нанокристаллических частиц PbS в растворе поливинилового спирта на первом этапе работы были проведены исследования по выбору оптимальной концентрации спирта. Было решено приготовить четыре раствора спирта с концентрациями 1%, 10-1%, 10-2%, 10-3% и с концентрацией Pb(NO3)2 10-2M в каждом. При обработке данных спектрометра оказалось, что оптимальным из представленных растворов является 1% раствор ПВС. На следующем этапе работы было решено провести исследование влияния концентрации свинца на величину получаемых нанокристаллических частиц и соответственно энергий запрещенных зон. Было приготовлено четыре раствора нитрата свинца: 0,1М, 0,01М, 0,001М и 0,0001 в 1% растворе спирта. Далее, к полученным растворам добавляли свежеполученную серную воду. С полученных растворов были сняты спектры поглощения.


3.3. Синтез нанокристаллов в стеклянной матрице


Получение нанокристаллических PbS и PbTe проводили методом матричной изоляции в силикатном стекле. Первоначально использовали стекло следующего состава:

m(SiO2) : m(B2O3) : m(Na2CO3) : m(CaO) = 6 : 2 : 2 : 3

Стехимиометрическую смесь исходных реактивов тщательно перетирали на воздухе в агатовой ступке, после чего отжигали при 1100оС в течение 12 часов. Свежеосажденные и высушенные сульфиды перетирались с порошком стекол. Было приготовлено четыре смеси: с содержанием PbS/PbTe 6%, 0,6% массовых процента. Полученные массы наносились на пластинки и отжигались при 12000С в течение 2 часов. С полученных стекол были сняты спектры поглощения.


3.4. Оптические измерения.


Спектрофотометрические измерения проводили на спектрофотометре Perkin Elmer Lambda 35 в диапазоне длин волн 1100 – 190 нм. В качестве образца сравнения использовали дистиллированную воду при анализе наночастиц, полученных в матрице ПВС, и подложку Al2O3 при использовании стекла в качестве матрицы.

Ширину запрещенной зоны определяли из графиков в нормированных координатах по формуле:

(1)

где m* - масса экситона, Eg – ширина запрещенной зоны для объемного кристалла, d – размер частиц, h – постоянная планка.

Из литературных данных [8] для PbS: Eg = 0,41 эВ и m* = 0,1825 me, для PbTe: Eg = 0,37 эВ и m* = 0,154 me (me – масса электрона, равная 9,109*10-31 кг).



4. Результаты и их обсуждения.


4.1. Полупроводниковые наночастицы PbS, полученные в матрице ПВС.


При изменении концентрации Pb(NO3)2 в растворе поливинилового спирта наблюдается смещение края полосы поглощения, что объясняется изменением ширины запрещенной зоны полупроводниковых частиц с изменением их размера.

Также необходимо отметить, что оптимальный размер наночастиц для раствора 1% ПВС получается при концентрации Pb(NO3)2 10-3М. Об этом свидетельствует наибольшая интенсивность пиков поглощения для данного раствора (рис.1).

Рисунок 1. Сравнение спектров растворов 1% ПВС с разными концентрациями Pb(NO3)2.


4.2. Полупроводниковые наночастицы PbS и PbTe, полученные в матрице стекла.


При изменении концентрации PbS и PbTe в стекле так же, как и в растворе, наблюдается смещение края полосы поглощения, что объясняется изменением ширины запрещенной зоны полупроводниковых частиц с изменением их размера (рис.2).


Рисунок 2. Сравнение спектров стекол с разными концентрациями

полупроводниковых наночастиц.


Представленные спектры были построены в приведенных координатах Р2Е2 от Е (прил. 1,2) и по формуле (1) были посчитаны значения размеров полученных наночастиц (табл. 1).


Таблица 1. Размеры наночастиц PbS и PbTe.


Исходные вещества

Концентрация прекурсора в смеси

Размер образующихся частиц, нм

Ширина запрещенной зоны, eV

Pb(NO3)2

10-1 М

6.9

2.15

Pb(NO3)2

10-2 М

6.8

2.1

Pb(NO3)2

10-3 М

6.16

2.55

Pb(NO3)2

10-4 М

5.12

3.5

PbS

6%

5.3

3.3

PbS

0.6%

5.21

3.4

PbTe

6%

5.31

3.25

PbTe

0.6%

5.26

3.3



5. Выводы


  1. Синтезированы наноразмерные частицы сульфидов свинца в матрице поливинилового спирта. Показано что при концентрации матрицы ПВС – 1% размеры частиц зависят от концентрации исходного вещества.

  2. Синтезированы наноразмерные частицы сульфида и теллурида свинца в матрице стекла. Показано что при концентрации данном методе синтеза размеры частиц практически не зависят от концентрации исходного вещества.


6. Список литературы.


  1. T. Okuno, A. Lipovskii, T. Ogawa, I. Amagai, Y.Masumoto. Journal of Luminescence 87-89 (2000) 491-493;

  2. Y. Baolong, Z. Congshan, X. Haining, C. Hangbing, G. Fuxi. Journal of Material Science Letters 16 (1997) 2001-2004;

  3. Справочник // Физико-химические свойства полупроводников. Москва «Наука» 1979

  4. X. Ai, L. Guo, Y. Zou, Q. Li, H. Zhu // Mater. Lett. 38 (1999) 131 – 135.

  5. S. Lu, U. Sohling, T. Krajewski et al. // J. Mater. Sci. Lett. 17 (1998) 2071 – 2073.

  6. C. Wang, W. Zhang, X. Qian et al. // Mater. Lett. 40 (1999) 255 – 258.

  7. N. Parvathy, G. Pajonk et al. // J. Cryst. Growth 179 (1997) 249 – 257.

  8. V. Erokhin, P. Facci et al. // Thin Solid Films 327 – 329 (1998) 503 – 505.

  9. Y. Jiang, Y. Wu, B. Xie et al. // J. Cryst. Growth 231 (2001) 248 – 251.

  10. «Физико-химические величины». Справочник. М.: «Энергоатомиздат», 1991.

  11. P.Nemec, I.Nemec, P.Nahalkova, K.Knizek, P.Maly // J. Cryst. Growth 240 (2002) 484-488.

7. Приложения.


Московский Государственный Университет

имени М.В. Ломоносова


Факультет Наук о Материалах





Отчет по задаче спецпрактикума

“Синтез нанокристаллических полупроводниковых частиц”







Студенты 5 курса:

Орлов А.В.

Пентин И.В.


Руководители работы:

к.х.н. Лукашин А.В.

Елисеев А. В.









Москва – 2003



11

1Авиация и космонавтика
2Архитектура и строительство
3Астрономия
 
4Безопасность жизнедеятельности
5Биология
 
6Военная кафедра, гражданская оборона
 
7География, экономическая география
8Геология и геодезия
9Государственное регулирование и налоги
 
10Естествознание
 
11Журналистика
 
12Законодательство и право
13Адвокатура
14Административное право
15Арбитражное процессуальное право
16Банковское право
17Государство и право
18Гражданское право и процесс
19Жилищное право
20Законодательство зарубежных стран
21Земельное право
22Конституционное право
23Конституционное право зарубежных стран
24Международное право
25Муниципальное право
26Налоговое право
27Римское право
28Семейное право
29Таможенное право
30Трудовое право
31Уголовное право и процесс
32Финансовое право
33Хозяйственное право
34Экологическое право
35Юриспруденция
36Иностранные языки
37Информатика, информационные технологии
38Базы данных
39Компьютерные сети
40Программирование
41Искусство и культура
42Краеведение
43Культурология
44Музыка
45История
46Биографии
47Историческая личность
 
48Литература
 
49Маркетинг и реклама
50Математика
51Медицина и здоровье
52Менеджмент
53Антикризисное управление
54Делопроизводство и документооборот
55Логистика
 
56Педагогика
57Политология
58Правоохранительные органы
59Криминалистика и криминология
60Прочее
61Психология
62Юридическая психология
 
63Радиоэлектроника
64Религия
 
65Сельское хозяйство и землепользование
66Социология
67Страхование
 
68Технологии
69Материаловедение
70Машиностроение
71Металлургия
72Транспорт
73Туризм
 
74Физика
75Физкультура и спорт
76Философия
 
77Химия
 
78Экология, охрана природы
79Экономика и финансы
80Анализ хозяйственной деятельности
81Банковское дело и кредитование
82Биржевое дело
83Бухгалтерский учет и аудит
84История экономических учений
85Международные отношения
86Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
87Финансы
88Ценные бумаги и фондовый рынок
89Экономика предприятия
90Экономико-математическое моделирование
91Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Вот почему, когда гуляешь с собакой, и навстречу идёт симпатичная девушка, собака обязательно сядет срать?
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, курсовая по химии "Синтез нанокристаллических полупроводниковых частиц", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2017
Рейтинг@Mail.ru