Новий метод отримання вуглецевих наноструктур з використанням оптики ближнього поля
Розглянутo основні фізико-хімічні уявлення щодо процесів, які пов’язані з феноменом оптичного ближнього поля. Запропоновано новий метод отримання вуглецевих наноструктур шляхом нерезонансної фотодисоціації молекул ССl₄ з газової фази за допомогою оптичного ближнього поля. Показано, що даний метод є...
Saved in:
| Published in: | Украинский химический журнал |
|---|---|
| Date: | 2006 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
2006
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/185080 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Новий метод отримання вуглецевих наноструктур з використанням оптики ближнього поля / О.М. Коломієць, Л.С. Волковинська, О.В. Голдун, В.М. Огенко, В.І. Григорук // Украинский химический журнал. — 2006. — Т. 72, № 1. — С. 13-15. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860249526152986624 |
|---|---|
| author | Коломієць, О.М. Волковинська, Л.С. Голдун, О.В. Огенко, В.М. Григорук, В.І. |
| author_facet | Коломієць, О.М. Волковинська, Л.С. Голдун, О.В. Огенко, В.М. Григорук, В.І. |
| citation_txt | Новий метод отримання вуглецевих наноструктур з використанням оптики ближнього поля / О.М. Коломієць, Л.С. Волковинська, О.В. Голдун, В.М. Огенко, В.І. Григорук // Украинский химический журнал. — 2006. — Т. 72, № 1. — С. 13-15. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Украинский химический журнал |
| description | Розглянутo основні фізико-хімічні уявлення щодо процесів, які пов’язані з феноменом оптичного ближнього поля. Запропоновано новий метод отримання вуглецевих наноструктур шляхом нерезонансної фотодисоціації молекул ССl₄ з газової фази за допомогою оптичного ближнього поля. Показано, що даний метод є контрольованим, ефективним та дозволяє отримувати масиви вуглецевих наноструктур на поверхні оптоволоконного зонда.
Рассмотрены основные физико-химические представления о процессах, связанных с феноменом оптического ближнего поля. Предложен новый метод получения углеродных наноструктур путем нерезонансной фотодиссоциации молекул ССl₄ из газовой фазы с помощью оптического ближнего поля. Показано что данный метод является контролируемым, эффективным и позволяет получать массивы углеродных наноструктур на поверхности оптоволоконного зонда.
The base physicochemical ideas relative to the processes concerned with phenomenon of optical near-field were considered. The new method for the obtaining of carbonic nanostructures by nonresonant photodissociation of ССl₄ molecules from gas phase using optical near-field has been proposed. It was shown that this method controllable, effective and allows to obtain the arrays of carbonic nanostructures on the surface of fiber-optic probe.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:41:33Z |
| format | Article |
| fulltext |
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ И ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 544.526.1
О.М. Коломієць, Л.С. Волковинська, О.В. Голдун, В.М. Огенко, В.І. Григорук
НОВИЙ МЕТОД ОТРИМАННЯ ВУГЛЕЦЕВИХ НАНОСТРУКТУР
З ВИКОРИСТАННЯМ ОПТИКИ БЛИЖНЬОГО ПОЛЯ
Розглянутo основні фізико-хімічні уявлення щодо процесів, які пов’язані з феноменом оптичного ближнього по-
ля. Запропоновано новий метод отримання вуглецевих наноструктур шляхом нерезонансної фотодисоціації молекул
ССl4 з газової фази за допомогою оптичного ближнього поля. Показано, що даний метод є контрольованим,
ефективним та дозволяє отримувати масиви вуглецевих наноструктур на поверхні оптоволоконного зонда.
Нанотехнології є одним з основних напрям-
ків сучасних досліджень. Область їхнього засто-
сування надзвичайно широка, це хімія, фізика,
матеріалознавство та багато інших галузей [1].
Для покращення ефективності створення та за-
стосування нанорозмірних структур та матеріалів
на їх основі розробляються новітні методики.
На сьогоднішній день можливість вивчення
і формування наноструктур за допомогою опти-
ки ближнього поля викликає найбільший інтерес.
У технічному відношенні ближньопольова
оптика містить елементи звичайної оптики і
скануючої зондової мікроскопії [2]. Ближньопо-
льова оптика використовує нові або модифіко-
вані відомі ефекти лінійної або нелінійної, кла-
сичної чи квантової взаємодії лазерного світла
з атомами, молекулами, кластерами і нанострук-
турами.
Основним елементом ближньопольових при-
ладів є оптичний зонд, що зазвичай являє собою
загострене оптичне волокно, поверхня якого по-
крита шаром металу за винятком вершини кону-
са. Апертура зонду має розміри близько десят-
ків–сотень нанометрів для відповідної локаліза-
ції світла в нанометрових масштабах. Викорис-
товуються також і безапертурні нанозонди.
Нещодавно японськими вченими була експе-
риментально встановлена можливість нерезонан-
сної деструкції хімічних зв’язків молекул за допо-
могою малопотужного оптичного ближнього по-
ля [3]. В якості джерела ближнього поля вони ви-
користали волоконний нанозонд, що знаходився
в газовому середовищі метал-органічної сполуки і
підсвічувався лазером з квантом енергії, який мен-
ший за енергію дисоціації молекул. На відстані де-
сятків нанометрів від зонду знаходилась сапфірова
підкладка. Саме на цій підкладці були отримані
металічні квантові точки внаслідок деструкції мо-
лекул метал-органічної сполуки.
На відміну від експерименту японських вче-
них, які осаджували наноструктури на підкладці,
нами було поставлено завдання виявити осаджен-
ня наноструктур на самому волоконному зонді.
Оскільки поблизу поверхні зонду неоднорідність
поля набагато більша, ніж на відстанях близько
десятків нанометрів, то ми припустили, що ефек-
тивність безпосереднього осадження на джерело
оптичного ближнього поля буде набагато вищою
і дасть змогу отримувати масиви наноструктур
за короткі проміжки часу. В цьому і полягає сут-
тєва відмінність запропонованої нами методики
від способу японських вчених, які за один раз
отримують одну наноструктуру на підкладці.
Як було зазначено вище, одним з ключових
елементів експериментальної схеми є оптоволо-
конний нанозонд, що є ефективним джерелом
ближнього поля, оскільки дозволяє отримати
ближнє поле з великим просторовим градієнтом
і заданою протяжністю. Існує два основні методи
виготовлення нанозондів з оптоволокна — на-
грівання з витягуванням та хімічне травлення.
Метод нагрівання з витягуванням базується
на попередньому нагріві маленької ділянки во-
локна до розм’якшення і подальшого його роз-
тягнення до повного розриву. Нагрівачем слугує
СО2-лазер [4]. Отримання наноголки потрібної
© О.М . Коломієць, Л.С. Волковинська, О.В. Голдун, В.М . Огенко, В.І. Григорук , 2006
В настоящем номере представлены статьи по материалам
научной конференции молодых ученых Института общей и
неорганической химии им. В.И. Вернадского НАН Украины,
посвященной юбилею академика С.В. Волкова.
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т . 72, № 1 13
конфігурації відбувається за допомогою зміни
на ступних параметрів — теплової потужності,
часу, сили розтягнення. Але цей метод потребує
дорогого устаткування і є не дуже зручним, тому
в роботі використовували хімічне травлення [5].
В цьому методі волокно спочатку очищується
від покриття на декілька міліметрів механічним
або хімічним методом і занурюється в посудину
з травником. Травник складається з водного роз-
чину кислоти HF, на поверхні якого знаходиться
прошарок органічного розчинника, що не реагує
з кислотою. Розчинник використовується для тех-
нологічних цілей і як захисне середовище від дії
парів кислоти. При цьому в області границі роз-
ділу двох рідин на поверхні волокна створює-
ться меніск, висота якого змінюється при зміні
діаметру волокна в процесі травлення, внаслідок
чого і формується відповідний конус. Отриман-
ня наноголки потрібної конфігурації відбуває-
ться за допомогою зміни наступних параметрів
— концентрації кислоти, типу розчинника, тем-
ператури травлення. Регулюючи ці параметри,
можна формувати голки різної форми — довгі
з малим кутом звуження і короткі з великим
конусним кутом.
На рис. 1 зображена одна із створених на-
ноголок за допомогою методу хімічного травлен-
ня. (Зображення отримане за допомогою растро-
вого електронного мікроскопа РЕМ-101).
Безапертурний нанозонд, виготовлений з
стандартного оптичного волокна методом хіміч-
ного травлення, в експерименті виступав одно-
часно і емітентом ближнього оптичного поля і
підкладкою для осадження вуглецевих нанострук-
тур. В якості джерела світла використовувався
He–Ne лазер з робочою довжиною хвилі λ=633
нм (енергія кванту 1.96 eB) і потужністю 1 мВт.
Було проведено ряд експериментів для під-
твердження можливості малопотужної нерезонан-
сної деструкції молекул ССl4 (енергія дисоціації
зв’язку С–Сl дорівнює 3.56 eB) і адсорбції вугле-
цю на джерело ближнього оптичного поля у ви-
гляді наноструктур. Вибір речовини тетрахло-
риду вуглецю пояснюється тим, що ця речовина
не має резонансних смуг поглинання в робочій
області лазера, який ми використовували. До
того ж вона зручна в користуванні і з неї отриму-
ється атомарно чистий вуглець, при цьому хлор
створює летючі з’єднання. Реакція, яка відбува-
ється при розриві зв’язків, має вигляд:
C+4Cl–1 → C0 + 2Cl2
0↑ .
Оскільки ССl4 не має смуг поглинання в ро-
бочій області He–Ne лазера, то фотодисоціація
молекул резонансним шляхом неможлива, крім
того, густина оптичної потужності менша за 10
кВт/см2, що вказує на неможливість багатофо-
тонного поглинання. Тому результати експеримен-
ту дозволили з’ясувати, можлива чи неможлива
нерезонансна деструкція молекул ССl4 і відпо-
відне утворення вуглецевих наноструктур на
поверхні зонду.
Оптоволоконний нанозонд, що знаходився
в парах ССl4, підсвічувався лазером протягом
різного часу — від 5 до 20 хв. Потім цей зонд вий-
мався і для спостереження результатів експери-
менту поміщався у растровий електронний мік-
роскоп. Зображення, отримані на електронному
мікроскопі, показали, що на зонді дійсно утворю-
ються масиви наноструктур (рис. 2). Флуорес-
центна рентгенівська спектроскопія підтвердила,
що це саме вуглецеві наноструктури.
Отже, підтверджена можливість нерезонанс-
ної деструкції молекул і винайдено новий ефек-
тивний метод отримання наноструктур. Цей ме-
тод дозволяє за один раз отримувати масиви на-
ноструктур і, що дуже важливо, є контрольова-
ним. Так, розмір осаджуваних наноструктур мож-
Рис. 1. Оптоволоконна наноголка, діаметр
вістря 150 нм.
Рис. 2. Масив вуглецевих наноструктур на поверхні
наноголки. Час опромінення 5 хв, розмір нанострук-
тур порядку 100 нм.
14 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т. 72, № 1
на змінювати, варіюючи час опромінення і дов-
жину хвилі лазера.
З огляду літературних джерел випливає, що
завершеної теорії явища нерезонансної фотоди-
соціації молекул і досі немає. Нижче викладено
наше уявлення стосовно можливого механізму
протікання цього процесу.
Ми вважаємо, що внаслідок значної просто-
рової неоднорідності і зміні в часі оптичне ближ-
нє поле наводить в молекулі, яка знаходиться в
зоні його дії, змінний в часі дипольний момент.
Цей дипольний момент не встигає релаксувати
за час зміни поля і таким чином постійно збіль-
шується, допоки молекула не руйнується. Тобто,
можна сказати, що ближнє оптичне поле збуд-
жує вібраційні коливання молекули, ампліту-
да яких зростає з часом, поки не досягне критично-
го значення, при якому відбувається дисоціація
молекули.
У даній роботі запропонований новий метод
створення масивів вуглецевих наноструктур шля-
хом фотодисоціації тетрахлориду вуглецю з газо-
вої фази за допомогою ближнього оптичного по-
ля. Особливістю даного методу є контрольова-
ність і висока ефективність у порівнянні з існую-
чими. Оскільки використовується ефект нерезо-
нансної деструкції молекул, то з’являється мож-
ливість залучати дуже широкий клас речовин, за-
стосування яких раніше було неможливим для
традиційної резонансної методикиї.
Подальші дослідження будуть спрямовані
на проведення експериментів з використанням
різних речовин і вдосконалення методики отри-
мання наноструктур з контрольованими пара-
метрами та вивчення їх фізико-хімічних влас-
тивостей.
РЕЗЮМЕ. Рассмотрены основные физико-хими-
ческие представления о процессах, связанных с феноме-
ном оптического ближнего поля. Предложен новый ме-
тод получения углеродных наноструктур путем нере-
зонансной фотодиссоциации молекул ССl4 из газовой
фазы с помощью оптического ближнего поля. Показано,
что данный метод является контролируемым, эффекти-
вным и позволяет получать массивы углеродных нано-
структур на поверхности оптоволоконного зонда.
SUMMARY. The base physicochemical ideas rela-
tive to the processes concerned with phenomenon of opti-
cal near-field were considered. The new method for the
obtaining of carbonic nanostructures by nonresonant
photodissociation of ССl4 molecules from gas phase using
optical near-field has been proposed. It was shown that
this method controllable, effective and allows to obtain
the arrays of carbonic nanostructures on the surface of
fiber-optic probe.
1. Алферов Ж.И ., Асеев А .Л. и др. // Микросистемная
техника. -2003. -№ 8. -С. 3—13.
2. Robert C. Dunn // Chem. Rev. -1999. -99. -P. 2891—2927.
3. Kawazoe T., Y amamoto Y ., Ohtsu M . // Appl. Phys.
Lett. -2001. -79. -P. 1184—1186.
4. Valaskovic G., Holton M ., M orrison G. // Appl. Optics.
-1995. -34. -P. 1215—1227.
5. Pat. USA № 4, 469, 554. -Publ. 1983.
Інститут загальної та неорганічної хімії Надійшла 18.08.2005
ім. В.І. Вернадського НАН України, Київ
УДК 541.182.644:666.18
О.В. Голдун, Л.С. Волковинская, В.М. Огенко
ОБРАЗОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ СТРУКТУР
ИЗ РАСТВОРОВ ФУЛЛЕРЕНОВ В ОБЛАСТИ ТРЕХФАЗНОГО КОНТАКТА
Исследованы ансамбли кристаллов фуллеренов, образованных при испарении их бензольных растворов на линии
трехфазного контакта пар—раствор—твердые подложки (тефлон, стекло, алюминий). Установлено, что морфо-
логия и размеры полученных ансамблей зависят от природы подложки и режима испарения растворителя.
Закономерности протекания процессов само-
организации объектов органической, неорганиче-
ской, координационной химии в структуры раз-
личной сложности привлекает все возрастающее
внимание исследователей [1]. Формирование
пространственных ансамблей может привести к
© О.В. Голдун, Л .С. Волковинская, В.М . Огенко , 2006
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т . 72, № 1 15
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-185080 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0041–6045 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:41:33Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Коломієць, О.М. Волковинська, Л.С. Голдун, О.В. Огенко, В.М. Григорук, В.І. 2022-08-31T17:10:10Z 2022-08-31T17:10:10Z 2006 Новий метод отримання вуглецевих наноструктур з використанням оптики ближнього поля / О.М. Коломієць, Л.С. Волковинська, О.В. Голдун, В.М. Огенко, В.І. Григорук // Украинский химический журнал. — 2006. — Т. 72, № 1. — С. 13-15. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 0041–6045 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/185080 544.526.1 Розглянутo основні фізико-хімічні уявлення щодо процесів, які пов’язані з феноменом оптичного ближнього поля. Запропоновано новий метод отримання вуглецевих наноструктур шляхом нерезонансної фотодисоціації молекул ССl₄ з газової фази за допомогою оптичного ближнього поля. Показано, що даний метод є контрольованим, ефективним та дозволяє отримувати масиви вуглецевих наноструктур на поверхні оптоволоконного зонда. Рассмотрены основные физико-химические представления о процессах, связанных с феноменом оптического ближнего поля. Предложен новый метод получения углеродных наноструктур путем нерезонансной фотодиссоциации молекул ССl₄ из газовой фазы с помощью оптического ближнего поля. Показано что данный метод является контролируемым, эффективным и позволяет получать массивы углеродных наноструктур на поверхности оптоволоконного зонда. The base physicochemical ideas relative to the processes concerned with phenomenon of optical near-field were considered. The new method for the obtaining of carbonic nanostructures by nonresonant photodissociation of ССl₄ molecules from gas phase using optical near-field has been proposed. It was shown that this method controllable, effective and allows to obtain the arrays of carbonic nanostructures on the surface of fiber-optic probe. uk Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України Украинский химический журнал Неорганическая и физическая химия Новий метод отримання вуглецевих наноструктур з використанням оптики ближнього поля Новый метод получения углеродных наноструктур с использованием оптики ближнего поля A new method for the obtaining of сarbonic nanostructures using near-field optics Article published earlier |
| spellingShingle | Новий метод отримання вуглецевих наноструктур з використанням оптики ближнього поля Коломієць, О.М. Волковинська, Л.С. Голдун, О.В. Огенко, В.М. Григорук, В.І. Неорганическая и физическая химия |
| title | Новий метод отримання вуглецевих наноструктур з використанням оптики ближнього поля |
| title_alt | Новый метод получения углеродных наноструктур с использованием оптики ближнего поля A new method for the obtaining of сarbonic nanostructures using near-field optics |
| title_full | Новий метод отримання вуглецевих наноструктур з використанням оптики ближнього поля |
| title_fullStr | Новий метод отримання вуглецевих наноструктур з використанням оптики ближнього поля |
| title_full_unstemmed | Новий метод отримання вуглецевих наноструктур з використанням оптики ближнього поля |
| title_short | Новий метод отримання вуглецевих наноструктур з використанням оптики ближнього поля |
| title_sort | новий метод отримання вуглецевих наноструктур з використанням оптики ближнього поля |
| topic | Неорганическая и физическая химия |
| topic_facet | Неорганическая и физическая химия |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/185080 |
| work_keys_str_mv | AT kolomíêcʹom noviimetodotrimannâvuglecevihnanostrukturzvikoristannâmoptikibližnʹogopolâ AT volkovinsʹkals noviimetodotrimannâvuglecevihnanostrukturzvikoristannâmoptikibližnʹogopolâ AT goldunov noviimetodotrimannâvuglecevihnanostrukturzvikoristannâmoptikibližnʹogopolâ AT ogenkovm noviimetodotrimannâvuglecevihnanostrukturzvikoristannâmoptikibližnʹogopolâ AT grigorukví noviimetodotrimannâvuglecevihnanostrukturzvikoristannâmoptikibližnʹogopolâ AT kolomíêcʹom novyimetodpolučeniâuglerodnyhnanostruktursispolʹzovaniemoptikibližnegopolâ AT volkovinsʹkals novyimetodpolučeniâuglerodnyhnanostruktursispolʹzovaniemoptikibližnegopolâ AT goldunov novyimetodpolučeniâuglerodnyhnanostruktursispolʹzovaniemoptikibližnegopolâ AT ogenkovm novyimetodpolučeniâuglerodnyhnanostruktursispolʹzovaniemoptikibližnegopolâ AT grigorukví novyimetodpolučeniâuglerodnyhnanostruktursispolʹzovaniemoptikibližnegopolâ AT kolomíêcʹom anewmethodfortheobtainingofsarbonicnanostructuresusingnearfieldoptics AT volkovinsʹkals anewmethodfortheobtainingofsarbonicnanostructuresusingnearfieldoptics AT goldunov anewmethodfortheobtainingofsarbonicnanostructuresusingnearfieldoptics AT ogenkovm anewmethodfortheobtainingofsarbonicnanostructuresusingnearfieldoptics AT grigorukví anewmethodfortheobtainingofsarbonicnanostructuresusingnearfieldoptics |