Материал: диссертация_НН-Губановой

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Федеральное государственное бюджетное учреждения науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук и Федеральное государственное бюджетное учреждения науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук

На правах рукописи

Губанова Надежда Николаевна

Золь-гель синтез и физико-химическое исследование пористых объемных и тонкопленочных материалов на основе диоксида циркония и диоксида кремния, легированного платиной и палладием

02.00.04– физическая химия

02.00.01– неорганическая химия

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор, Шилова Ольга Алексеевна

доктор химических наук, член-корреспондент РАН Иванов Владимир Константинович

Санкт-Петербург – 2019

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................................................	6
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ СИНТЕЗА МАТЕРИАЛОВ
НА ОСНОВЕ АЛКОКСИДОВ КРЕМНИЯ И МЕТАЛЛОВ С ЛИГИРУЮЩИМИ ДОБАВКАМИ
(ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)..........................................................................................................................	15
1.1. Методы синтеза материалов на основе ZrO2 и SiO2. Достоинства и недостатки.....................	15
1.2. Особенности золь-гель синтеза материалов и покрытий на основе алкоксидов кремния и
циркония................................................................................................................................................	19
1.2.1. Монолитные материалы, полученные по золь-гель технологии на основе аморфного
диоксида циркония................................................................................................................................	23
1.2.2. Тонкие кремнеземные пленки, полученные по золь-гель технологии...................................	26
1.3 Использование в золь-гель синтезе неорганических соединений в качестве легирующих
добавок...................................................................................................................................................	26
1.4. Важнейшие приемы золь-гель технологии: ультразвуковая обработка и режимы
термообработки.....................................................................................................................................	27
1.5. Применение материалов на основе диоксида циркония и силикатных покрытий,
содержащих легирующие добавки......................................................................................................	30
Заключение по главе 1..........................................................................................................................	31
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ И ПОДХОДЫ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ СИНТЕЗА МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ
ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ И ДИОКСИДА КРЕМНИЯ, СОДЕРЖАЩИХ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ
СОЕДИНЕНИЯ ПЛАТИНЫ И ПАЛЛАДИЯ (МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА) .............................	32
2.1. Золь-гель синтез гелей на основе диоксида циркония с использованием в качестве
прекурсора пропилата циркония (IV)..................................................................................................	32
2.1.1. Золь-гель синтез порошков на основе диоксида циркония с использованием в качестве
прекурсора пропилата циркония (IV)..............................................................................................	33
2.1.2. Получение стеклообразных гелей «циркониевых стекол»..................................................	34
2.1.3. Получение аэрогелей на основе ZrO2 золь-гель методом....................................................	39
2.2. Синтез кремнезолей, содержащих соединения платины и палладия........................................	43
2.2.1. Формирование силикатных покрытий, содержащих соединения платины и палладия...	45
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ ..................................................................	46
3.1. Феноменологические наблюдения...............................................................................................	46
3.1.1. Контроль процесса гелеобразования.....................................................................................	46
3.1.2. Контроль состояния поверхности покрытий........................................................................	46
3.2. Микроскопия..................................................................................................................................	46
3.2.1. Оптическая микроскопия .......................................................................................................	46
3.2.2. Растровая электронная микроскопия (РЭМ) ........................................................................	46
3.2.3. Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ)...........................................................	47
3.2.4. Атомно-силовая микроскопия (АСМ)...................................................................................	47
3.3. Термический анализ.......................................................................................................................	47

3
3.4. Спектроскопия................................................................................................................................	48
3.4.1. Спектроскопия.........................................................................................................................	48
3.4.2. Рамановская спектроскопия...................................................................................................	48
3.4.3. Метод спектрофотометрии.....................................................................................................	48
3.4.4. Методы рентгеновской спектроскопии поглощения, EXAFS (спектроскопия
протяжённой тонкой структуры рентгеновского поглощения) и XANES (около пороговая
тонкая структура рентгеновского спектра поглощения)...............................................................	49
3.5. Рентгенофазовый и рентгенографический анализ......................................................................	49
3.6. Метод низкотемпературной адсорбции газов.............................................................................	50
3.7. Спектральная эллипсометрия .......................................................................................................	50
3.8. Томография.....................................................................................................................................	51
3.9. Методы малоугового рассеяния....................................................................................................	51
3.9.1. Метод малоуглового рассеяния нейтронов (МУРН) и ультрамалоуглового рассеяния
нейтронов (УМУРН).........................................................................................................................	51
3.9.2. Метод малоуглового рассеяния рентгеновского излучения (МУРР).................................	53
3.9.3. Метод малоуглового рассеяния рентгеновских лучей в скользящей геометрии (GISAXS)
.............................................................................................................................................................	53
3.10. Метод рефлектометрии рентгеновского излучения..................................................................	53
3.11. Метод спектрометрии RBS (метод резерфордовского обратного рассеяния)........................	54
3.12. Метод циклической вольтамперометрии...................................................................................	54
Заключение по главе 3..........................................................................................................................	55

ГЛАВА 4. СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ СОСТАВОМ, СТРОЕНИЕМ

И СВОЙСТВАМИ КСЕРОГЕЛЕЙ, ПОЛУЧАЕМЫХ ИЗ ЗОЛЕЙ ПРОПОКСИДА ЦИРКОНИЯ....	57
4.1. Влияние условий синтеза на процесс формирования золей в растворе и получения сухих
гелей.......................................................................................................................................................	57
4.2. Состояние поверхности ксерогелей на основе ZrO2 ...................................................................	57
4.3. Зависимость мезоструктуры ксерогелей от рН раствора...........................................................	58
4.4. Зависимость мезоструктуры ксерогелей от ультразвукового воздействия..............................	60
Заключение по главе 4..........................................................................................................................	64

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ СОСТАВОМ, СТРОЕНИЕМ И СВОЙСТВАМИ СТЕКЛООБРАЗНЫХ ГЕЛЕЙ («ЦИРКОНИЕВЫХ СТЕКОЛ»), ПОЛУЧАЕМЫХ

ИЗ ПРОПОКСИДА ЦИРКОНИЯ............................................................................................................	65
5.1. Влияние условий синтеза на процесс формирования и свойства стеклообразных гелей на
основе ZrO2 ............................................................................................................................................	65
5.2. Исследование влияния условий синтеза на характеристики пористостой структуры
«циркониевых стекол»..........................................................................................................................	70
5.3. Исследование особенностей мезоструктуры «циркониевых стекол» методами МУРН,
УМУРН и МУРР ...................................................................................................................................	74

4
5.4. Исследование фазового состава «циркониевых стекол»............................................................	82
5.5. Исследование локальной структуры «циркониевых стекол» методами EXAFS и XANES....	85
5.6. Определение элементного состава «циркониевых стекол».......................................................	87
5.7. Оптические характеристики монолитных «циркониевых стекол»...........................................	88
Заключение по главе 5..........................................................................................................................	93
ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ СОСТАВОМ, СТРУКТУРОЙ И
СВОЙСТВАМИ АЭРОГЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ..........................................	95
6.1. Влияние условий золь-гель синтеза на мезоструктуру и фазовый состав аэрогелей..............	95
6.2. Эволюция пористости и фазового состава аэрогелей в процессе термообработки...............	102
Заключение по главе 6........................................................................................................................	108
ГЛАВА 7. НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ КРЕМНЕЗОЛЕЙ,
СОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЯ ПЛАТИНЫ И ПАЛЛАДИЯ.........................................................	110
7.1. Исследование влияния длительности созревания и концентрации легирующих добавок
соединений платины и палладия на морфологию поверхности и пористость кремнеземных
пленок, допированных Pt и Pd ...........................................................................................................	110
7.1.1. Платиносодержащие кремнеземные пленки......................................................................	110
7.1.2. Палладий и платина-палладий- содержащие кремнеземные пленки...............................	116

7.2. Исследование влияния длительности созревания золя, концентрации легирующих добавок соединений платины и палладия и ТЭОСа на толщину силикатных пленок. Особенности распределения легирующих соединений платины и палладия по толщине силикатных пленок119

7.2.1. Седиментационная устойчивость и пленкообразующие свойства кремнезолей,
допированных соединениями платины и палладия.....................................................................	119
7.2.2. Толщинный профиль платино- и палладий содержащих кремнеземных пленок...........	120
7.3. Фазовый состав платино- и палладийсодержащих ксерогелей и пленок...............................	127
7.3.1. Фазовый состав допантов и размер наночастиц платины в кремнеземной матрице......	127
7.3.2. Фазовый состав допантов и размер наночастиц палладия в кремнеземной матрице.....	130
7.3.3. Фазовый состав допантов и размер наночастиц в композитах, полученных из
кремнезолей, содержащих одновременно соединения платины и палладия.............................	131
7.3.4. Зависимость размера образующихся кристаллитов наночастиц Pt/Pd в кремнеземной
матрице от способа ее формирования и количества прекурсора ТЕОС в исходном золе.
Особенности структуры кристаллитов Pt/Pd, распределенных в кремнеземной матрице.......	135

7.4. Анализ химических процессов, происходящих при гелеобразовании и пленкообразовании в

кремнезолях, содержащих соединения платины и палладия..........................................................	140
7.4.1. Исследование влияния соединений платины на процессы структурообразования и
пленкообразования в кремнезолях на основе ТЭОС...................................................................	140

7.4.2. Исследование влияния одновременного присутствия в кремнезоле соединений платины

и палладия на процессы структурообразования и пленкообразования.....................................	141
7.5. Применение силикатных пленок, легированных платиной и палладием, в качестве
каталитических слоев в устройствах электронной техники и энергетики....................................	145

5
Заключение по главе 7........................................................................................................................	149
ВЫВОДЫ.................................................................................................................................................	151
Перечень сокращений.............................................................................................................................	154
Список использованной литературы.....................................................................................................	155
Приложение 1. Результаты термического анализа образцов с одновременным анализом состава
отходящих газов для ксерогелей Zr_К_2, Zr_К_5 и Zr_К_8_УЗ.......................................................	174
Приложение 2. Результаты термического анализа образца с одновременным анализом состава
отходящих газов для «циркониевого стекла» Zr_C_N_1V(iPrOH)-0,25V(H2O)-лед........................	177

Источник: https://studfile.net/preview/16555326/

Смотрите также:





Изложение содержания дела, по которому приняты судебные постановления
_1-тема-СтрМетал
_1966(~1
_files_materials_5053_prog.ntr
_Антонян Ю.М., Сексуальные преступления. Чикатило и другие
_РГР № 1 (2)