Отримання та властивості системи «нанопористий вуглецевий матеріал – квантові точки CdS»

Квантові точки (КТ) на сьогодні є об’єктами інтенсивних досліджень багатьох наукових груп. КТ напівпровідникових сполук A²B⁶ привертають особливу увагу завдяки можливості управляти розмірами КТ в процесі їх синтезу, що дає можливість отримати необхідні електронні і оптичні властивості.Успішне виріше...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Журнал физики и инженерии поверхности
Дата:	2018
Автори:	Бардашевська, С.Д., Будзуляк, І.М., Рачій, Б.І., Будзуляк, С.І.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2018
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168188
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Отримання та властивості системи «нанопористий вуглецевий матеріал – квантові точки CdS» / С.Д. Бардашевська, І.М. Будзуляк, Б.І. Рачій, С.І. Будзуляк // Журнал фізики та інженерії поверхні. — 2018. — Т. 3, № 1. — С. 37-45. — Бібліогр.: 18 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-168188
record_format	dspace
spelling	Бардашевська, С.Д. Будзуляк, І.М. Рачій, Б.І. Будзуляк, С.І. 2020-04-24T18:19:14Z 2020-04-24T18:19:14Z 2018 Отримання та властивості системи «нанопористий вуглецевий матеріал – квантові точки CdS» / С.Д. Бардашевська, І.М. Будзуляк, Б.І. Рачій, С.І. Будзуляк // Журнал фізики та інженерії поверхні. — 2018. — Т. 3, № 1. — С. 37-45. — Бібліогр.: 18 назв. — укр. 2519-2485 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168188 536.2, 538.9, 53.06 Квантові точки (КТ) на сьогодні є об’єктами інтенсивних досліджень багатьох наукових груп. КТ напівпровідникових сполук A²B⁶ привертають особливу увагу завдяки можливості управляти розмірами КТ в процесі їх синтезу, що дає можливість отримати необхідні електронні і оптичні властивості.Успішне вирішення проблеми отримання КТ напівпровідникових матеріалів з відповідними контрольованими властивостями в значній мірі залежить від вибору середовища, в якому реалізується їх синтез. Інкапсуляція наночастинок або введення їх у хімічно інертну матрицю дає можливість не тільки ізолювати КТ від хімічно активного середовища, а й отримати систему наночастинок з певними заданими розмірами (розмірами пор матриці). Саме тому, перспективним матеріалом матриці є нанопористий вуглецевий матеріал (НВМ), який є хімічно інертним для більшості лугів і кислот, і в якому можна отримувати необхідні розміри пор для впровадження КТ. Квантовые точки (КТ) на сегодня являются объектами интенсивных исследований многих научных групп. КТ полупроводниковых соединений A²B⁶ привлекают особое внимание благодаря возможности управлять размерами КТ в процессе их синтеза, дает возможность получить необходимые электронные и оптические свойства. Успешное решение проблемы получения КТ полупроводниковых материалов с соответствующими контролируемыми свойствами в значительной степени зависит от выбора среды, в которой реализуется их синтез. Инкапсуляция наночастиц или введение их в химически инертную матрицу дает возможность не только изолировать КТ от химически активной среды, но и получить систему наночастиц с определенными заданными размерами (размерами пор матрицы). Именно поэтому, перспективным материалом матрицы является нанопористый углеродный материал (НУМ), который является химически инертным для большинства щелочей и кислот, и в котором можно получать необходимые размеры пор для внедрения КТ. Quantum dots (QDs) today are the objects of intense research of many scientific groups. QDs semiconductor compounds A²B⁶ attract special attention due to the ability to control the size of QDs in the process of their synthesis, which gives the opportunity to obtain the necessary electronic and optical properties. Successful solution to the problem of obtaining QDs semiconductor materials with appropriate controllable properties largely depends on the choice of environment in which their synthesis is realized. Encapsulation of nanoparticles or introducing them into a chemically inert matrix makes it possible not only to isolate QDs from a chemically active medium, but also to obtain a system of nanoparticles with certain given sizes (pore size matrices). For this reason, the promising material of the matrix is a nanoporous carbon material (NCM) that is chemically inert to most alkalis and acids, and in which it is possible to obtain the required pore sizes for the introduction of QDs. uk Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Журнал физики и инженерии поверхности Отримання та властивості системи «нанопористий вуглецевий матеріал – квантові точки CdS» Получение и свойства системы «нанопористый углеродный материал – квантовые точки CdS» Obtaining and properties of the system «nanoparticle carbon material – CdS quantum dots» Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Отримання та властивості системи «нанопористий вуглецевий матеріал – квантові точки CdS»
spellingShingle	Отримання та властивості системи «нанопористий вуглецевий матеріал – квантові точки CdS» Бардашевська, С.Д. Будзуляк, І.М. Рачій, Б.І. Будзуляк, С.І.
title_short	Отримання та властивості системи «нанопористий вуглецевий матеріал – квантові точки CdS»
title_full	Отримання та властивості системи «нанопористий вуглецевий матеріал – квантові точки CdS»
title_fullStr	Отримання та властивості системи «нанопористий вуглецевий матеріал – квантові точки CdS»
title_full_unstemmed	Отримання та властивості системи «нанопористий вуглецевий матеріал – квантові точки CdS»
title_sort	отримання та властивості системи «нанопористий вуглецевий матеріал – квантові точки cds»
author	Бардашевська, С.Д. Будзуляк, І.М. Рачій, Б.І. Будзуляк, С.І.
author_facet	Бардашевська, С.Д. Будзуляк, І.М. Рачій, Б.І. Будзуляк, С.І.
publishDate	2018
language	Ukrainian
container_title	Журнал физики и инженерии поверхности
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
format	Article
title_alt	Получение и свойства системы «нанопористый углеродный материал – квантовые точки CdS» Obtaining and properties of the system «nanoparticle carbon material – CdS quantum dots»
description	Квантові точки (КТ) на сьогодні є об’єктами інтенсивних досліджень багатьох наукових груп. КТ напівпровідникових сполук A²B⁶ привертають особливу увагу завдяки можливості управляти розмірами КТ в процесі їх синтезу, що дає можливість отримати необхідні електронні і оптичні властивості.Успішне вирішення проблеми отримання КТ напівпровідникових матеріалів з відповідними контрольованими властивостями в значній мірі залежить від вибору середовища, в якому реалізується їх синтез. Інкапсуляція наночастинок або введення їх у хімічно інертну матрицю дає можливість не тільки ізолювати КТ від хімічно активного середовища, а й отримати систему наночастинок з певними заданими розмірами (розмірами пор матриці). Саме тому, перспективним матеріалом матриці є нанопористий вуглецевий матеріал (НВМ), який є хімічно інертним для більшості лугів і кислот, і в якому можна отримувати необхідні розміри пор для впровадження КТ. Квантовые точки (КТ) на сегодня являются объектами интенсивных исследований многих научных групп. КТ полупроводниковых соединений A²B⁶ привлекают особое внимание благодаря возможности управлять размерами КТ в процессе их синтеза, дает возможность получить необходимые электронные и оптические свойства. Успешное решение проблемы получения КТ полупроводниковых материалов с соответствующими контролируемыми свойствами в значительной степени зависит от выбора среды, в которой реализуется их синтез. Инкапсуляция наночастиц или введение их в химически инертную матрицу дает возможность не только изолировать КТ от химически активной среды, но и получить систему наночастиц с определенными заданными размерами (размерами пор матрицы). Именно поэтому, перспективным материалом матрицы является нанопористый углеродный материал (НУМ), который является химически инертным для большинства щелочей и кислот, и в котором можно получать необходимые размеры пор для внедрения КТ. Quantum dots (QDs) today are the objects of intense research of many scientific groups. QDs semiconductor compounds A²B⁶ attract special attention due to the ability to control the size of QDs in the process of their synthesis, which gives the opportunity to obtain the necessary electronic and optical properties. Successful solution to the problem of obtaining QDs semiconductor materials with appropriate controllable properties largely depends on the choice of environment in which their synthesis is realized. Encapsulation of nanoparticles or introducing them into a chemically inert matrix makes it possible not only to isolate QDs from a chemically active medium, but also to obtain a system of nanoparticles with certain given sizes (pore size matrices). For this reason, the promising material of the matrix is a nanoporous carbon material (NCM) that is chemically inert to most alkalis and acids, and in which it is possible to obtain the required pore sizes for the introduction of QDs.
issn	2519-2485
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168188
citation_txt	Отримання та властивості системи «нанопористий вуглецевий матеріал – квантові точки CdS» / С.Д. Бардашевська, І.М. Будзуляк, Б.І. Рачій, С.І. Будзуляк // Журнал фізики та інженерії поверхні. — 2018. — Т. 3, № 1. — С. 37-45. — Бібліогр.: 18 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT bardaševsʹkasd otrimannâtavlastivostísisteminanoporistiivugleceviimateríalkvantovítočkicds AT budzulâkím otrimannâtavlastivostísisteminanoporistiivugleceviimateríalkvantovítočkicds AT račíibí otrimannâtavlastivostísisteminanoporistiivugleceviimateríalkvantovítočkicds AT budzulâksí otrimannâtavlastivostísisteminanoporistiivugleceviimateríalkvantovítočkicds AT bardaševsʹkasd polučenieisvoistvasistemynanoporistyiuglerodnyimaterialkvantovyetočkicds AT budzulâkím polučenieisvoistvasistemynanoporistyiuglerodnyimaterialkvantovyetočkicds AT račíibí polučenieisvoistvasistemynanoporistyiuglerodnyimaterialkvantovyetočkicds AT budzulâksí polučenieisvoistvasistemynanoporistyiuglerodnyimaterialkvantovyetočkicds AT bardaševsʹkasd obtainingandpropertiesofthesystemnanoparticlecarbonmaterialcdsquantumdots AT budzulâkím obtainingandpropertiesofthesystemnanoparticlecarbonmaterialcdsquantumdots AT račíibí obtainingandpropertiesofthesystemnanoparticlecarbonmaterialcdsquantumdots AT budzulâksí obtainingandpropertiesofthesystemnanoparticlecarbonmaterialcdsquantumdots
first_indexed	2025-11-26T23:02:18Z
last_indexed	2025-11-26T23:02:18Z
_version_	1850779499590844416
fulltext	Journal of Surface Physics and Engineering, 2018, vol. 3, No. 1, pp. 37-45 © С. Д. Бардашевська, І. М. Будзуляк, Б. І. Рачій та ін., 2018 37 УДК 536.2, 538.9, 53.06 ОТРИМАННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ СИСТЕМИ «НАНОПОРИСТИЙ ВУГЛЕЦЕВИЙ МАТЕРІАЛ – КВАНТОВІ ТОЧКИ CdS» С. Д. Бардашевська1, І. М. Будзуляк1, Б. І. Рачій1, С. І. Будзуляк1 1Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, вул. Шевченка, 57, 76018 Івано-Франківськ, Україна E-mail: svitlana.bardashevcka@gmail.com Надійшла до редакції 30.03.2018 Квантові точки (КТ) на сьогодні є об’єктами інтенсивних досліджень багатьох наукових груп. КТ напівпровід- никових сполук А2В6 привертають особливу увагу завдяки можливості управляти розмірами КТ в процесі їх синтезу, що дає можливість отримати необхідні електронні і оптичні властивості.Успішне вирішення проблеми отримання КТ напівпровідникових матеріалів з відповідними контрольованими властивостями в значній мірі залежить від вибору середовища, в якому реалізується їх синтез. Інкапсуляція наночастинок або введення їх у хімічно інертну матрицю дає можливість не тільки ізолювати КТ від хімічно активного середовища, а й отри- мати систему наночастинок з певними заданими розмірами (розмірами пор матриці). Саме тому, перспективним матеріалом матриці є нанопористий вуглецевий матеріал (НВМ), який є хімічно інертним для більшості лугів і кислот, і в якому можна отримувати необхідні розміри пор для впровадження КТ. Ключові слова: квантові точки, нанопористий вуглецевий матеріал, гідротермальна карбонізація, електропро- відність. OBTAINING AND PROPERTIES OF THE SYSTEM «NANOPARTICLE CARBON MATERIAL – CdS QUANTUM DOTS» Svitlana Bardashevska1, Ivan Budzulyak1, Bogdan Rachiy1, Serhiy Budzulyak1 1Vasyl Stefanyk Precarpathian National University, 57 Shevchenko Str., 76018 Ivano-Frankivsk, Ukraine Quantum dots (QDs) today are the objects of intense research of many scientific groups. QDs semiconductor com- pounds A2B6 attract special attention due to the ability to control the size of QDs in the process of their synthesis, which gives the opportunity to obtain the necessary electronic and optical properties. Successful solution to the problem of obtaining QDs semiconductor materials with appropriate controllable properties largely depends on the choice of envi- ronment in which their synthesis is realized. Encapsulation of nanoparticles or introducing them into a chemically inert matrix makes it possible not only to isolate QDs from a chemically active medium, but also to obtain a system of nanoparticles with certain given sizes (pore size matrices). For this reason, the promising material of the matrix is a nanoporous carbon material (NCM) that is chemically inert to most alkalis and acids, and in which it is possible to ob- tain the required pore sizes for the introduction of QDs. Keywords: quantum dots, nanoporous carbon material, hydrothermal carbonization, electrical conductivity. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА СИСТЕМЫ «НАНОПОРИСТЫЙ УГЛЕРОДНЫЙ МАТЕРИАЛ - КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ CdS» С. Д. Бардашевская1, И. М. Будзуляк1, Б. И. Рачий1, С. И. Будзуляк1 1Прикарпатский национальный университет имени Василия Стефаника, ул. Шевченко, 57, 76018 Ивано-Франковск, Украина Квантовые точки (КТ) на сегодня являются объектами интенсивных исследований многих научных групп. КТ полупроводниковых соединений А2В6 привлекают особое внимание благодаря возможности управлять разме- рами КТ в процессе их синтеза, дает возможность получить необходимые электронные и оптические свойства. Успешное решение проблемы получения КТ полупроводниковых материалов с соответствующими контроли- руемыми свойствами в значительной степени зависит от выбора среды, в которой реализуется их синтез. Инка- псуляция наночастиц или введение их в химически инертную матрицу дает возможность не только изолировать КТ от химически активной среды, но и получить систему наночастиц с определенными заданными размерами (размерами пор матрицы). Именно поэтому, перспективным материалом матрицы является нанопористый угле- С. Д. БАРДАШЕВСЬКА, І. М. БУДЗУЛЯК, Б. І. РАЧІЙ, С. І. БУДЗУЛЯК JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 38 родный материал (НУМ), который является химически инертным для большинства щелочей и кислот, и в кото- ром можно получать необходимые размеры пор для внедрения КТ. Ключевые слова: квантовые точки, нанопористый углеродный материал, гидротермальная карбонизация, эле- ктропроводность. ORCID IDs Svitlana Bardashevska: https://orcid.org/0000-0002-5810-2427 Ivan Budzulyak: https://orcid.org/0000-0003-4055-0413 Bogdan Rachiy: https://orcid.org/0000-0001-8895-0737 Serhiy Budzulyak: https://orcid.org/0000-0002-8009-1656 ВСТУП Протягом останніх двох десятиліть значно зріс інтерес дослідників до фізичних, оптич- них та транспортних властивостей напівпро- відникових квантових точок (КТ) [1]. Опти- чні та електричні властивості, структурна досконалість, температура плавлення та тем- пература фазового переходу нанокристалів суттєво відрізняються від відповідного об’ємного напівпровідника та залежать від розміру кристалу внаслідок дії ефекту кван- тового обмеження. Коли розмір даних КТ близький до радіусу екситону Бора, відбува- ються значні зміни їхніх властивостей, вна- слідок того що атоми, які знаходиться на по- верхні перебувають в іншому енергетичному стані, ніж атоми, які знаходяться в об’ємі. Оскільки число таких атомів співмірне з чи- слом атомів в об’ємі частинки то змінюються і їх властивості, зокрема збільшується шири- на забороненої зони. [2,3]. КТ напівпровідникових сполук А2В6 при- вертають значну увагу завдяки можливості управляти розмірами КТ в процесі їх синтезу, що дає можливість отримати необхідні елек- тронні і оптичні властивості. Одним з най- більш перспективних напівпровідникових нанокристалів є CdS. Масивні монокристали CdS мають гексагональну структуру типу вюрцит з шириною забороненої зони “Eg” = 2,5 еВ. [4] Для нанокристалів CdS значення ширини забороненої зони може варіюватися в інтервалі 2,5 – 4,5 еВ. [4], а температура плавлення зростає з 400 до 1600 °С [5]. Цей діапазон у фундаментальних властивостях матеріалу відкриває додаткові можливості для відстеження еволюції електронних та оптичних властивостей матеріалу від насип- ного матеріалу до атомного кластеру. CdS є перспективним матеріалом через можливість його застосування в оптоелектроніці [6], фо- токаталізаторах [7], конверсії сонячної енер- гії, детекторах Х-випромінювання, як нелі- нійний оптичний матеріал [8]. Успішне вирішення проблеми отримання КТ напівпровідникових матеріалів з відпові- дними контрольованими властивостями в значній мірі залежить від вибору середовища, в якому реалізується їх синтез. Основними вимогами до таких середовищ є їх однорід- ність, хімічна стійкість, стабільність в часі та незначна чутливість до зовнішніх впливів. Особливістю вільних КТ є нижча темпе- ратурна стабільність і вища здатність до хі- мічних взаємодій з оточуючим середовищем. Інкапсуляція наночастинок або введення їх у хімічно інертну матрицю дає можливість не тільки ізолювати КТ від хімічно активного середовища, а й отримати систему наночас- тинок з певними заданими розмірами (розмі- рами пор матриці) [9]. В цьому плані перспе- ктивним матеріалом матриці є нанопористий вуглецевий матеріал (НВМ), який є хімічно інертним для більшості лугів і кислот, і в якому можна отримувати необхідні розміри пор для впровадження КТ. Тому пропону- ється використовувати отриманий нами на- нопористий вуглець з сировини рослинного походження в якості матриці для КТ напів- провідника CdS [10, 11]. ЕКСПЕРИМЕНТ Нами були спеціально синтезовані два сорти нанопористого вуглецю з відповідним роз- поділом пор за розмірами, які служили мат- рицями для КТ CdS. В сорті СА пори розмі- ром 5 – 15 нм становили 15 % від загальної кількості пор, в сорті СВ пори розміром 2 – 5 нм становили 10 % від загальної кількості пор. Нанопористий вуглецевий матеріал отри- мувався із сировини рослинного походження шляхом її карбонізації та активації калій гід- роксидом. Вихідною сировиною були сухі ОТРИМАННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ СИСТЕМИ «НАНОПОРИСТИЙ ВУГЛЕЦЕВИЙ МАТЕРІАЛ – КВАНТОВІ ТОЧКИ CdS» JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 39 абрикосові кісточки, подрібнені до фракції 0,25 – 1 мм, карбонізація яких проводилася в закритій печі при температурі 380 – 400 °С зі швидкістю нагрівання 10 ºС/хв. Отриманий карбонізований вуглець механічно подріб- нювався до фракції 200 – 250 мкм і змішува- вся з гідроксидом калію та водою у ваговому відношенні: Х = 1, де Х = m(KOH, Н2О)/m(C). Отриману суміш ретельно перемішували впродовж 1 – 2 годин, після чого її висушу- вали у термостаті до постійної маси при тем- пературі 90 ºС. Сухий матеріал поміщали у піч та нагрівали в аргоновій атмосфері до 850 – 920 °С при швидкості нагрівання 10 °С/хв. І витримували при даній темпера- турі впродовж 20 хв. Після охолодження отриманий матеріал промивався в 5 % вод- ному розчині HCl та дистильованій воді до нейтрального рН і висушувався при 90 °С до постійної маси. В залежності від параметрів термохімічної обробки (температура, співвідношення між реагентами) отримувався необхідний розпо- діл пор за розмірами. Отримання КТ CdS здійснювалося шля- хом інкорпорації ацетату кадмію Cd(Ac)2 в матрицю вуглеців СА і СВ. Було отримано 6 груп зразків Для зразків № 1, 2, 3 використо- вувався гранульований вуглець СА. Наступні реакції, є головними при формуванні КТ CdS: Cd2+(aq) + 2NO − 3 + 2(NO2)2CS → Cd(NO3)2·2(NH2)2CS, (1) Cd(NO3)2 ⋅ 2([(NH)]↓2) 2 CS + → Cd(NO3)2 ⋅ (NH2)2 CS + H2S + CO2 + Cd(NO3)2 ⋅ 2([(NH)]↓2) 2 CS + → CdS(s) + 2HNO3 + CO2 + Cd(NO3)2 + 2([(NH)]↓2) 2 CS + 4H2O → CdS + H2S + 2HNO3 + 2 CO2 +4 NH2. (2) Зразок № 1. Ацетат кадмію Cd(Ac)2 роз- чиняли в спирті з подальшим додаванням дистильованої води в наступних співвідно- шеннях [Cd(Ac)2] : [СН3-ОН] = 1,35 ÷ 200. Після розчинення кадмій ацетату, розчин фі- льтрували, з подальшим додаванням вугле- цю СА масою 0,5 г. Отриману суміш піддава- ли ультразвуку, після охолодження осад промивали дистильованою водою, центри- фугували протягом 5 хв, 3000 об/хв і вису- шували при Т = 60 °С в Na2S протягом 16 годин. Зразки № 2 та № 3 були отримані за цією ж методикою, вміст Cd(Ac)2 складав 10,8 г. який був розділений на 2 частини, тобто на 100 мл отриманого розчину, додавалося по 0,5 г вуглецю СА. Зразок № 2 сушили при Т = 60 °С в Na2S протягом 16 годин. Зразок № 3 отримували через апарат Кіппа пробульку- ванням протягом 1 години в H2S. Для отримання зразків № 4, 5 та 6 викори- стовували мікропористий вуглець СВ. Ацетат кадмію Cd(Ac)2 розчиняли в спирті з пода- льшим додаванням дистильованої води в на- ступних співвідношеннях [Cd(Ac)2] : [СН3- ОН] = 10,8 ÷ 200. Після розчинення кадмій ацетату, розчин фільтрували та розділили на 2 рівні частини. На 100 мл розчину додано 0,5 г вуглецю. Зразок № 4 висихав в ексика- торі протягом 7 годин в Na2S. Зразок № 5 отримували через апарат Кіппа пробульку- ванням протягом 1 години в H2S. Вміст ацетату кадмію Cd(Ac)2 у зразку № 6 становив 1,35 г, зразок висихав в екси- каторі протягом 15 годин в Na2S. ПОРОМЕТРІЯ Контроль пористої структури (площу повер- хні та загальний об’єм пор) НВМ визначали на основі аналізу ізотерм адсорбції/десорбції азоту при температурі його кипіння (77 К), отриманих з використанням приладу Quantachrome Autosorb Nova 2200 e. Перед вимірюваннями вуглецеві зразки дегазували при 180 °С протягом 18 год. Аналізуючи ізо- терми адсорбції/десорбції, визначено харак- теристики пористої структури вуглецевих матеріалів, а саме: загальну площу поверхні (SBET), багатоточковим методом BET в обла- сті ізотерми, обмеженої діапазоном віднос- С. Д. БАРДАШЕВСЬКА, І. М. БУДЗУЛЯК, Б. І. РАЧІЙ, С. І. БУДЗУЛЯК JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 40 ного тиску P/P0 = 0.050…0.035. Загальний об’єм пор (Vtotal, см3/г) розрахований за кіль- кістю сорбованого азоту при P/P0 ~ 1. Об’єм мікропор (Vmicro, см3/г), величини питомих поверхонь мікро- і мезопор (Smicro,Smezo,м2/г) визначали, використовуючи t-метод та тео- рію DFT. Ізотерми адсорбції/десорбції азоту для ву- глецевих матеріалів CВ і CА представлено на рис. 1а. Ізотерми (рис. 1б) характерні для полімо- лекулярної адсорбції в мікро- та мезопорах матеріалів органічного походження [12]. Для всіх зразків спостерігається петля гістерези- су типу H4 за класифікацією IUPAC [13], яку пов’язують з капілярною конденсацією в ме- зопорах. Зростання адсорбційної гілки ізоте- рми поблизу P/P0 = 1 викликане багаторазо- вими процесами конденсації та випарову- вання азоту в мезо- та макропорах. Рис. 1а. Ізотерми адсорбції/десорбції азоту для вугле- цевих матеріалів CВ і CА Рис. 1б. Ізотерми, характерні для полімолекулярної адсорбції в мікро- та мезопорах матеріалів органічно- го походження Основні параметри наноструктури вугле- цевих матеріалів наведені в табл. 1. Таблиця 1 Структурно-адсорбційні характеристики НВМ Параметр CA CB Площа поверхні Multipoint BET, 12 −⋅ гм 1438 1187 Загальний об’єм пор, 13 −⋅ гcм 1,03 0,521 Об’єм мікропор, 13 −⋅ гcм 0,57 0,452 Площа поверхні мікропор, 12 −⋅ гм 1275 1110 Середній діаметр пор, нм 2,86 1,76 Розподіл пор за розміром НВМ оцінювали за теорією функціонала густини (DFT) (рис. 2а). Як видно з даних табл. 1 і рис. 2б, дослі- джувані НВМ мають велику кількість мікро- пор, які істотно впливають на питому площу поверхні. У даних вуглецевих матеріалах ме- зопори становлять 8 – 12 % від загальної кі- лькості пор. На представлених зображеннях, отрима- них при різних збільшеннях, чітко видно по- верхневі мікротріщини та круглі або овальні пори розмірами 0,4 – 4 мкм (рис. 3а і рис. 3б). Внаслідок дії лужного активатора поверхня вуглецю стає більш шорсткою. По всій пове- рхні спостерігаються пори розміром 10 – 20 нм (рис. 3в і рис. 3г) і включення білого ко- льору, пов’язані із залишками золи та проду- ктів взаємодії гідроксиду калію з вуглецевим матеріалом. а ОТРИМАННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ СИСТЕМИ «НАНОПОРИСТИЙ ВУГЛЕЦЕВИЙ МАТЕРІАЛ – КВАНТОВІ ТОЧКИ CdS» JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 41 б Рис. 2. Розподіл пор за розміром НВМ Результати низькотемпературної пороме- трії добре узгоджуються з даними електро- нно-мікроскопічних досліджень. Викорис- тання додаткової хімічної активації призво- дить до формування пористої структури в досліджуваному матеріалі СВ (рис. 3). а б в г Рис. 3. Фотознімки пористої структури поверхні ОПИС ІМПЕДАНСУ Дослідження електропровідності вуглецево- го матеріалу здійснювалися за допомогою вимірювального комплексу AUTOLAB PGSTAT100 фірми «ECO CHEMIE» (Нідер- ланди), укомплектованого програмою FRA-2. Вимірювання дійсної Z' та уявної Z'' частин комплексного опору (Z = Z' - jZ'') проводило- ся в діапазоні частот f = 10-2 ÷ 105 Гц при на- прузі 1 мВ. Значення питомих опорів визна- чалися з рівняння ρ = ρ' - jρ'', де ρ' = Z'·S/h і ρ'' = Z''·S/h дійсна та уявна частини комплекс- ного питомого опору, h і S – товщина і пло- ща поверхні зразка відповідно [14]. Значення повної питомої електропровід- ності матеріалів обчислювалися за форму- лою: ( ) ( )2 2σ σ σ′ ′′= + . Частотні залежності комплексної елект- ропровідності були визначені із імпедансних С. Д. БАРДАШЕВСЬКА, І. М. БУДЗУЛЯК, Б. І. РАЧІЙ, С. І. БУДЗУЛЯК JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 42 спектрів. Метод імпедансної спектроскопії в ряді випадків дозволяє розділити і визначити внески від різних елементів мікроструктури в повну електропровідність зразків та широ- ко застосовується як у прикладних, так і у фундаментальних дослідженнях. За допомо- гою імпедансної спектроскопії можна отри- мати інформацію про транспорт носіїв заря- ду в композиті з урахуванням його мікро- структури. Так, можуть бути розділені і ви- значені вклади в електропровідність від КТ CdS і вуглецю CВ, охарактеризовані особли- вості транспорту зарядів в композитах, ви- вчений вплив домішок на електрофізичні властивості легованих матеріалів. Годограф імпедансу КТ CdS має вигляд характерний для полікристалічного зразка [15] (два послі- довних незакінчені півкола, які відповідають за вклад в імпеданс міжфазної релаксації). На рис. 4 (а, б) представлені залежності електропровідності вуглецевих матеріалів СА та СВ відповідно. Електрична провідність НВМ залежить від способу його отримання та подальших модифікацій. Вихідна рослинна сировина, як правило, є ізолятором. У процесі її карбонізації збіль- шується вміст sp2 – зв’язаного вуглецю та видалення продуктів розпаду, що призводить до збільшення електропровідності карбоні- зованого матеріалу [16]. Для досліджених вуглецевих матеріалів у низькочастотному інтервалі, питома елект- ропровідність залишається незмінною. а б Рис. 4. Залежності електропровідності вуглецевих матеріалів СА (а) та СВ (б) відповідно У даному діапазоні частот змінювання пи- томого електроопору може відповідати осо- бливостям розподілу стрибкових бар’єрів між провідними областями. Відсутність час- тотної залежності електропровідності в діа- пазоні f = 10–2 – 103 Гц можна пояснити утворенням вуглецевими частинками елект- ропровідних сіток [17]. Для всіх зразків пи- тома електропровідність при підвищенні ча- стоти зменшується. Поява дисперсії електропровідності в об- ласті f ≤ 105 Гц можлива внаслідок залежнос- ті глибини проникнення поля в зразок (скін- ефект). Іншою поширеною причиною виник- нення дисперсії імпедансу є виконання умо- ви ω ~ 1/τ, де τ – час релаксації. Дана залеж- ність здебільшого характерна для напівпро- відників, для яких τ може приймати досить широкий діапазон значень [18]. Високочас- тотне змінювання електропровідності також можливе через виникнення колективних збу- джень хвильового типу густини зарядів у дрібнодисперсних системах. Рис. 5 демонструє змінювання дійсної та уявної частин імпедансу (Z' і Z΄΄) з частотою в різних концентраціях вмісту ацетату кад- мію та сорту вуглецю у CdS. Збільшення зна- чення Z' та зменшення Z" зі збільшенням ча- стоти вказує на ефект поляризації просторо- вого заряду. Величини Z' та Z" є максималь- ними для зразків 4, 5 і 6 мінімум спостеріга- ється для 1, 2 і 3 відповідно. (QD – квантові точки). ОТРИМАННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ СИСТЕМИ «НАНОПОРИСТИЙ ВУГЛЕЦЕВИЙ МАТЕРІАЛ – КВАНТОВІ ТОЧКИ CdS» JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 43 Рис. 5. Змінювання дійсної та уявної частин імпедан- су Рис. 6 представляє значення електропро- відності CdS/CА, CdS/CВ в залежності від ча- стоти, як видно, з рис. 6 вміст ацетату кад- мію та вуглецю, а також природа вуглецево- го матеріалу, істотно вливають на значення електропровідності отриманого матеріалу. Для зразків (1, 2, 3) використовували вугле- цевий матеріал CА. Зразки 1, 2 висихали в атмосфері насиченою Na2S, а зразок 3 отри- мували шляхом пробулькування через апарат Кіппа. Вміст ацетату кадмію у зразках 2, 3 є значно більшим у порівнянні зі зразком 1. Рис. 6. Значення електропровідності CdS/CА, CdS/CВ у залежності від частоти У значеннях електропровідності для зраз- ків 1, 2 не спостерігається суттєвої відмінно- сті, а електропровідність зразка 3, значно відрізняється. Це свідчить про те, що спосіб отримання КТ CdS/C, має суттєвий вплив на електропровідність отриманого матеріалу. Аналогічно для зразків (4, 5, 6) використову- вався вуглецевий матеріал типу CВ. Значення електропровідності для зразків 1, 2 практич- но не змінюється з частотою, в той час, як для зразків 4, 5, 6 спостерігається спадання електропровідності в області високих частот. ВИСНОВКИ Розроблено спосіб отримання НВМ для ін- корпорації КТ CdS в його матрицю шляхом гідротермальної карбонізації вихідної сиро- вини рослинного походження та наступної термохімічної активації. Показано, що тер- мохімічна активація дозволяє отримати НВМ з питомою площею поверхні 1100 м2/г, сума- рним об’ємом 0,5 см3/г. В отриманих вугле- цевих матеріалах мезопори становлять до 15 % від загальної кількості пор. Досліджено електрофізичні властивості комплексу НВМ – КТ CdS, виявлено, що природа та концентрація НВМ спричиняють значний вплив на електропровідність отри- маного матеріалу. У низькочастотному ін- тервалі питома електропровідність залиша- ється незмінною, в той час як в області висо- ких частот спостерігається спадання елект- ропровідності. Показано, що в залежності від способу отримання КТ CdS в матриці вуглецю, зале- жність дійсної та уявної частини імпедансу від частоти змінюється. Зі збільшенням час- тоти значення Z' збільшується, при цьому зменшується Z". ЛІТЕРАТУРА 1. Alivisatos A. P. Perspective son the physical chemistry of semiconductor nanocrystals // J. Phys. Chem. – 1996. – Vol. 100, No. 31. – P. 13226-13239. 2. Alivisatos A. P. Semiconductor clusters, nanocrystals, and quantum dots // Science – 1996. –V. 271, №5251. – P. 933-937. 3. Brus L. E. Electron-electron and electron-hole interaction sinsmall semiconductor crystallites: the size dependence of the lowes texcited electronicstate // J. Chem. Phys. – 1984. – Vol. 80. – P. 4403-4409. 4. Colvin V. L., Alivisatos A. P., Tobin J. G., Superlattices Microstruct // Phys. Rev. Lett., – 1991. – Vol. 66. – P. 2786. 5. Goldstein A. N., Echer C. M., Alivisatos A. P. // Science. - 1992. – Vol. 256. – P. 1425-1427. 6. Hikmet M., Talapin V., Weller H. Study of conduction mechanism and electroluminescence С. Д. БАРДАШЕВСЬКА, І. М. БУДЗУЛЯК, Б. І. РАЧІЙ, С. І. БУДЗУЛЯК JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 44 in CdSe/O˜ZnS quantum dot composites // J. Appl. Phys. – 2003. – Vol. 93. – P. 3509-3514. 7. Huynh W.V., Dittmer J.J., Alivisatos A.P. Hybrid nanorod-polymer solarcells // Science. – 2002 . – Vol. 295, No. 5564. – P. 2425-2427. 8. Brus L.E. Quantum crystallites and nonlinear optics // Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. – 1991. – Vol. 53, No. 2283. – P.465-474. 9. Burova L. I., Pelukhov D. I., Eliseev A. A. Preparation and properties of ZnO nanoparticles in the mesoporous silicamatrix // Superlattices and Microstructures. – 2006. – Vol. 39. – P. 257- 266. 10. Shvets R. Ya., Grygorchak I. I., Borysyuk A. K., Shvachko S. G., Kondyr A. I., Baluk V. I., Ku- repa A. S., and Rachiy B. I. New Nanoporous Biocarbons with Ironand Silicon Impurities: Synthesis. Properties. and Application to Super- capacitors // Physics of the Solid State. – 2014. – Vol. 56, No. 10. – P. 2021-2027. 11. Rachiy B. I., Nykoliuk M. O., Budzulyak I.M., Kachmar A. I. Ultrasonic modification of carbon materials for electrochemical capacitors // Nano- scale Research Letters. – 2017. – Vol. 12:79. DOI 10.1186/s11671-017- 1842-1 12. Marsh H. Rodriguez-Reinos of Activatedcarbon // Amsterdam: Eslevier. – 2006. –542 p. 13. Fitzer E., Kochling K., Boehm H., Marsh H. Recommended terminology for the description of carbon as a solid // International union of pure and applied chemistry. – 1995. – Vol. 67, No. 3. – Р. 473-506. 14. Стойнов З. Б., Графов Б. М., Савова-Стойнова Б., Елкин В. В. Электрохимический импеданс // Наука, 1991. – 336 с. 15. Bobnar V., Lunkenheimer P., Paraskevo- poulos M., Loidl A. Separation of grainboundary effects and intrinsic properties in perovskite-like Gd0.6Y0.4BaCo2O5.5 using high-frequency dielectric spectroscopy. // Phys. Rev. B. – 2002. – Vol. 65. – P. 184403-184403. 16. Biniak S., Swiatkowski A., Pakula M., Rado- vic R. Chemistry and physics of carbon. // New York: Marcel Dekker. – 2001. – Vol. 27. – P. 125. 17. Лебовка М., Гончарук А., Бойко Ю. Міжфа- зові взаємодії та електрична провідність в композитах вуглецеві нанорурки/рідкий кри- стал // Наносистеми, наноматеріали, нанотех- нології. – 2009. – Т. 7, № 3. – С. 701-715. 18. Орешкин П. Т. Фізика полупроводников и диэлектриков // Москва: Высшая школа. – 1977. – C. 448. REFERENCES 1. Alivisatos A. P. Perspective son the physical chemistry of semiconductor nanocrystals // J. Phys. Chem. – 1996. – Vol. 100. No. 31. – P. 13226-13239. 2. Alivisatos A. P. Semiconductor clusters. nanocrystals. and quantum dots // Science – 1996. –Vol. 271. No. 5251. – P. 933-937. 3. Brus L. E. Electron-electron and electron-hole interaction sinsmall semiconductor crystallites: the size dependence of the lowes texcited elec- tronicstate // J. Chem. Phys. – 1984. – Vol. 80. – P. 4403-4409.. 4. Colvin V. L.. Alivisatos A. P.. Tobin J. G.. Super- lattices Microstruct // Phys. Rev. Lett. – 1991. – Vol. 66. – P. 2786. 5. Goldstein A. N.. Echer C. M.. Alivisatos A. P. // Science. – 1992. – Vol. 256. – P. 1425-1427. 6. Hikmet M., Talapin V., Weller H. Study of con- duction mechanism and electroluminescence in CdSe/O?ZnS quantum dot composites // J. Appl. Phys. – 2003. – Vol. 93. – P. 3509-3514. 7. Huynh W.V., Dittmer J.J., Alivisatos A.P. Hybrid nanorod-polymer solarcells // Science. – 2002 . – Vol. 295. No. 5564. – P. 2425-2427. 8. Brus L. E. Quantum crystallites and nonlinear op- tics // Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. – 1991. – Vol. 53. No. 2283. – P.465-474. 9. Burova L. I., Pelukhov D. I., Eliseev A. A. Prepa- ration and properties of ZnO nanoparticles in the mesoporous silicamatrix // Superlattices and Mi- crostructures. – 2006. – Vol. 39. – P. 257-266. 10. Shvets R. Ya., Grygorchak I. I., Borysyuk A. K., Shvachko S. G., Kondyr A. I., Baluk V. I., Ku- repa A. S., and Rachiy B. I. New Nanoporous Biocarbons with Ironand Silicon Impurities: Synthesis. Properties. and Application to Super- capacitors // Physics of the Solid State. – 2014. – Vol. 56, No. 10. – P. 2021-2027. 11. Rachiy B. I. .Nykoliuk M. O.. Budzulyak I.M.. Kachmar A.I. Ultrasonic modification of carbon materials for electrochemical capacitors // Nano- scale Research Letters. – 2017. – Vol. 12:79. DOI 10.1186/s11671-017- 1842-1. 12. Marsh H. Rodriguez-Reinos of Activatedcarbon // Amsterdam: Eslevier. – 2006. –542 p. 13. Fitzer E., Kochling K., Boehm H., Marsh H. Recommended terminology for the description of carbon as a solid // International union of pure and applied chemistry. – 1995. – V. 67. № 3. – R. 473–506. 14. Stoynov Z. B., Grafov B. M., Savova-Stoynova B.. Elkin V.V. Elektrokhimicheskiy impedans // Nauka – 1991. – 336 s. ОТРИМАННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ СИСТЕМИ «НАНОПОРИСТИЙ ВУГЛЕЦЕВИЙ МАТЕРІАЛ – КВАНТОВІ ТОЧКИ CdS» JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 45 15. Bobnar V., Lunkenheimer P. Paraskevopoulos M.. Loidl A. Separation of grainboundary effects and intrinsic properties in perovskite-like Gd0.6Y0.4BaCo2O5.5 using high-frequency di- electric spectroscopy // Phys. Rev. B – 2002. – Vol. 65. – P. 184403-184403. 16. Biniak S.. Swiatkowski A.. Pakula M.. Rado- vic R. Chemistry and physics of carbon // NewYork: Marcel Dekker. – 2001. – Vol. 27. – P. 125. 17. Lebovka M., Goncharuk A., Boyko Yu. Mіzhfazovі vzaemodії ta elektrichna provіdnіst v kompozitakh vugletsevі nanorurki/rіdkiy kristal // Nanosistemi. nanomaterіali. nanotekhnologії. – 2009. – T. 7. № 3. – S. 701- 715. 18. Oreshkin P. T. Fіzika poluprovodnikov i dielek- trikov // Moskva: Vysshaya shkola. – 1977. – C. 448.

Отримання та властивості системи «нанопористий вуглецевий матеріал – квантові точки CdS»

Репозитарії

Схожі ресурси