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...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Украинский химический журнал
Date:2006
Main Authors: Коломієць, О.М., Волковинська, Л.С., Голдун, О.В., Огенко, В.М., Григорук, В.І.
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