Получение и изучение тонкоплёночных гетеросистем Cu-WO3

Получение и изучение тонкоплёночных гетеросистем Cu-WO3 представляет как научный, так и практический интерес.

[применение] Данный триоксид обладают электрохромными, фотохромными и термохромными свойствами, что позволяет использовать гетероструктуры на его основе в качестве электрохромных и фотохромных дисплеев (систем отображения информации), электрохромных зеркал (устройств, позволяющих управлять коэффициентом отражения), а так же в качестве сенсоров для контроля содержания окислов азота в атмосфере.

Отсутствие в литературе сведений о термических превращениях в системах на основе триоксида вольфрама ставит правомерной и своевременной задачу исследования этих явлений.

[цель] Целью проводимых исследований являлось исследование природы и закономерностей изменения оптических свойств систем на основе триоксида вольфрама в результате теплового воздействия.

[задачи] В задачи работы входило:

  1. Получение образцов с заданными характеристиками методом термического испарения в вакууме.
  2. Исследование спектрофотометрическим методом изменения оптических свойств в гетероструктурах на основе триоксида вольфрама, а также компонентов, составляющих гетероструктуры после теплового воздействия.
  3. Построение кинетических зависимостей, определение констант скоростей процессов и порядков реакций в исследуемых объектах в результате теплового воздействия.
  4. Разработка новых терморегистрирующих материалов.

Были исследованы 4 группы объектов: триоксид вольфрама, медь, системы металл – оксид и оксид – металл.

Исследуемые образцы были получены на установке вакуумный универсальный пост ВУП‑5М методом термического испарения в вакууме.

Толщины пленок определяли методом микровзвешивания. Взвешивание производили на весах ВЛР-200 с точностью до 5•10-5 г. Среднюю толщину пленки рассчитывали по представленной формуле.

Толщины получаемых пленок для разных типов образцов составляли 10-200 нм.

[чистый] Суть эксперимента заключалась в следующем. Исследуемые образцы подвергали тепловому воздействию. Нагрев образцов осуществляли в сушильном шкафу «SPT — 200» и в муфельной печи «Тулячка — 3П» при четырех температурах от 373 до 573 Кельвинов. Времена теплового воздействия для каждой температуры составляли от 1 до 60 минут. Затем обработанные образцы исследовались при помощи спектрофотометрического метода анализа.

Спектры поглощения исследуемых объектов до и после теплового воздействия регистрировали в автоматическом режиме на двулучевом спектрофотометре «Shimadzu UV — 1700» в диапазоне длин волн 300 – 1100 нм.

На экране в качестве примера показан спектр поглощения плёнки меди, подвергнутой тепловому воздействию при температуре 373 К. Для спектра непрогретого образца характерен минимум при длине волны 580 нм, который по мере увеличения времени теплового воздействия сглаживается. При длине волны 420 нм находится изобестическая точка, слева от которой наблюдается увеличение оптической плотности. В диапазоне длин волн от 420 до 1100 нм происходит уменьшение ОП по мере увеличения времени термовоздействия. При обработке при более высоких температурах ОП падает практически до нулевого значения.

Из рис. видно, что для спектра поглощения пленок меди в процессе термической обработки в коротковолновой области наблюдается формирование края полосы поглощения нового вещества.(λ = 560 нм), что соответствует ширине запрещенной зоны 2,21 эВ. Это значение Ш.З.З. удовлетворительно согласуется со значением Ш.З.З. оксида меди (1) (по справочным данным оно составляет 2,172 эВ). Следовательно, можно предполагать, что в процессе термической обработки пленок меди происходит окисление Cu с образованием Cu2O.

[кин Cu] На следующем слайде вы видите кинетическую кривую процесса окисления.

[WO3] Для образцов WO3 при увеличении времени нагревания проявляется незначительное изменение ОП, характер кривых существенно не меняется и наблюдается несущественное смещение спектра поглощения в длинноволновую область относительно исходной кривой.

[кин WO3] На следующем слайде представлена кинетическая кривая.

[Cu-WO3] На экране представлен спектр поглощения гетеросистемы медь ‑ триоксид вольфрама до и после термической обработки при 423 К. В спектре термически необработанного образца присутствуют рефлексы от меди, т.е. минимум при длине волны 580 нм и триоксида вольфрама — край полосы поглощения при длине волны 350 нм. После термической обработки рефлексы меди исчезают. ОП уменьшается во всём исследуемом интервале длин волн. В интервале от 580 до 1100 нм ОП падает очень резко при всех временах теплового воздействия

[кин Cu-WO3] Кинетическая кривая представлена на экране.

[WO3-Cu] На экране показан спектр поглощения слоистой системы триоксид вольфрама – медь до и после термообработки при 423 К. Для спектров необработанного образца и спектров, полученных после обработки при малых временах характерен минимум при длине волны 580 нм и край полосы поглощения триоксида вольфрама. При длительной термообработке минимум в спектральной кривой исчезает и ОП уменьшается, причем изменение её очень значительно.

[кин WO3-Cu] На следующем слайде видите кинетическую кривую.

[таблица] Для четырех групп объектов сделаны оценки временных порядков реакции, определены значения констант скоростей химического процесса. Значения констант варьируется в пределах 10-2 — 10-5 с-1, что позволяет предположить, что лимитирующей стадией процесса является диффузия ионов.

[материалы] Проанализировав все полученные результаты, мы пришли к заключению, что все исследуемые материалы могут быть использованы для регистрации тепловых излучений. В таблице представлены материалы и рекомендуемые оптимальные параметры, такие как толщина материала, температура и диапазон длин волн для считывания информации.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector