Електрофізичні та теплофізичні властивості наносистеми із структурою «ядро—оболонка» AgI/SiO₂

Електрофізичні та теплофізичні властивості наносистеми із структурою «ядро—оболонка» AgI/SiO₂

Досліджено електрофізичні та теплофізичні властивості нанокомпозитів AgI/SiO₂ зі структурою «ядро—оболонка» (розмір ядра AgI ≅ 40 нм) в діяпазоні температур 300—450 К залежно від товщини оболонки діоксиду кремнію (5—15 нм). Встановлено залежність між температурою фазового β→α-переходу йодиду с...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Datum:2012
Hauptverfasser: Мудрак, І.М., Сторожук, Л.П., Махно, С.М., Горбик, П.П.
Format: Artikel
Sprache:Ukrainian
Veröffentlicht: Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2012
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75886
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Електрофізичні та теплофізичні властивості наносистеми із структурою «ядро—оболонка» AgI/SiO₂ / І.М. Мудрак, Л.П. Сторожук, С.М. Махно, П.П. Горбик // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 4. — С. 819-827. — Бібліогр.: 29 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75886
record_format dspace
spelling Мудрак, І.М.
Сторожук, Л.П.
Махно, С.М.
Горбик, П.П.
2015-02-05T15:55:53Z
2015-02-05T15:55:53Z
2012
Електрофізичні та теплофізичні властивості наносистеми із структурою «ядро—оболонка» AgI/SiO₂ / І.М. Мудрак, Л.П. Сторожук, С.М. Махно, П.П. Горбик // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 4. — С. 819-827. — Бібліогр.: 29 назв. — укр.
1816-5230
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75886
Досліджено електрофізичні та теплофізичні властивості нанокомпозитів AgI/SiO₂ зі структурою «ядро—оболонка» (розмір ядра AgI ≅ 40 нм) в діяпазоні температур 300—450 К залежно від товщини оболонки діоксиду кремнію (5—15 нм). Встановлено залежність між температурою фазового β→α-переходу йодиду срібла із діелектричного до суперйонного стану і товщиною оболонки SiO₂. З’ясовано, що електропровідність наносистеми AgI/SiO₂ на порядок величини вища, ніж йодиду срібла у β-фазі, і характеризується оберненою залежністю від товщини оболонки SiO₂.
Electrophysical and thermophysical properties of the ‘core—shell’ AgI/SiO₂ nanocomposites (with AgI core of ≅ 40 nm) are studied within the temperature range 300—450 K, depending on silica shell thickness (5—15 nm). Relationship between the silica shell thickness and the β→α (dielectric—superionic) phasetransition temperature of silver iodide is found. As shown, the electrical conductivity of AgI/SiO₂ nanosystem is higher by one order of magnitude than β- AgI and increases with the decrease of silica shell thickness.
Исследованы электрофизические и теплофизические свойства нанокомпозитов AgI/SiO₂ со структурой «ядро—оболочка» (размер ядра AgI ≅ 40 нм) в диапазоне температур 300—450 К в зависимости от толщины оболочки диоксида кремния (5—15 нм). Установлена зависимость между температурой фазового β→α-перехода йодида серебра из диэлектрического в суперионное состояние и толщиной оболочки SiO₂. Обнаружено, что электропроводность наносистемы AgI/SiO₂ на порядок величины выше, чем йодида серебра в β-фазе, и характеризуется обратной зависимостью от толщины оболочки SiO₂.
uk
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Електрофізичні та теплофізичні властивості наносистеми із структурою «ядро—оболонка» AgI/SiO₂
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Електрофізичні та теплофізичні властивості наносистеми із структурою «ядро—оболонка» AgI/SiO₂
spellingShingle Електрофізичні та теплофізичні властивості наносистеми із структурою «ядро—оболонка» AgI/SiO₂
Мудрак, І.М.
Сторожук, Л.П.
Махно, С.М.
Горбик, П.П.
title_short Електрофізичні та теплофізичні властивості наносистеми із структурою «ядро—оболонка» AgI/SiO₂
title_full Електрофізичні та теплофізичні властивості наносистеми із структурою «ядро—оболонка» AgI/SiO₂
title_fullStr Електрофізичні та теплофізичні властивості наносистеми із структурою «ядро—оболонка» AgI/SiO₂
title_full_unstemmed Електрофізичні та теплофізичні властивості наносистеми із структурою «ядро—оболонка» AgI/SiO₂
title_sort електрофізичні та теплофізичні властивості наносистеми із структурою «ядро—оболонка» agi/sio₂
author Мудрак, І.М.
Сторожук, Л.П.
Махно, С.М.
Горбик, П.П.
author_facet Мудрак, І.М.
Сторожук, Л.П.
Махно, С.М.
Горбик, П.П.
publishDate 2012
language Ukrainian
container_title Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
publisher Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
format Article
description Досліджено електрофізичні та теплофізичні властивості нанокомпозитів AgI/SiO₂ зі структурою «ядро—оболонка» (розмір ядра AgI ≅ 40 нм) в діяпазоні температур 300—450 К залежно від товщини оболонки діоксиду кремнію (5—15 нм). Встановлено залежність між температурою фазового β→α-переходу йодиду срібла із діелектричного до суперйонного стану і товщиною оболонки SiO₂. З’ясовано, що електропровідність наносистеми AgI/SiO₂ на порядок величини вища, ніж йодиду срібла у β-фазі, і характеризується оберненою залежністю від товщини оболонки SiO₂. Electrophysical and thermophysical properties of the ‘core—shell’ AgI/SiO₂ nanocomposites (with AgI core of ≅ 40 nm) are studied within the temperature range 300—450 K, depending on silica shell thickness (5—15 nm). Relationship between the silica shell thickness and the β→α (dielectric—superionic) phasetransition temperature of silver iodide is found. As shown, the electrical conductivity of AgI/SiO₂ nanosystem is higher by one order of magnitude than β- AgI and increases with the decrease of silica shell thickness. Исследованы электрофизические и теплофизические свойства нанокомпозитов AgI/SiO₂ со структурой «ядро—оболочка» (размер ядра AgI ≅ 40 нм) в диапазоне температур 300—450 К в зависимости от толщины оболочки диоксида кремния (5—15 нм). Установлена зависимость между температурой фазового β→α-перехода йодида серебра из диэлектрического в суперионное состояние и толщиной оболочки SiO₂. Обнаружено, что электропроводность наносистемы AgI/SiO₂ на порядок величины выше, чем йодида серебра в β-фазе, и характеризуется обратной зависимостью от толщины оболочки SiO₂.
issn 1816-5230
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75886
citation_txt Електрофізичні та теплофізичні властивості наносистеми із структурою «ядро—оболонка» AgI/SiO₂ / І.М. Мудрак, Л.П. Сторожук, С.М. Махно, П.П. Горбик // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 4. — С. 819-827. — Бібліогр.: 29 назв. — укр.
work_keys_str_mv AT mudrakím elektrofízičnítateplofízičnívlastivostínanosistemiízstrukturoûâdroobolonkaagisio2
AT storožuklp elektrofízičnítateplofízičnívlastivostínanosistemiízstrukturoûâdroobolonkaagisio2
AT mahnosm elektrofízičnítateplofízičnívlastivostínanosistemiízstrukturoûâdroobolonkaagisio2
AT gorbikpp elektrofízičnítateplofízičnívlastivostínanosistemiízstrukturoûâdroobolonkaagisio2
first_indexed 2025-11-25T20:43:04Z
last_indexed 2025-11-25T20:43:04Z
_version_ 1850528553684172800
fulltext 819 PACS numbers:62.23.Pq, 65.80.-g,66.30.hd,66.30.Qa,72.60.+g,72.80.Tm, 73.40.Qv Електрофізичні та теплофізичні властивості наносистеми із структурою «ядро—оболонка» AgI/SiO2 І. М. Мудрак, Л. П. Сторожук, С. М. Махно, П. П. Горбик Інститут хімії поверхні ім. О. О. Чуйка НАН України, вул. Генерала Наумова, 17, 03164 Київ, Україна Досліджено електрофізичні та теплофізичні властивості нанокомпозитів AgI/SiO2 зі структурою «ядро—оболонка» (розмір ядра AgI ≅ 40 нм) в дія- пазоні температур 300—450 К залежно від товщини оболонки діоксиду кремнію (5—15 нм). Встановлено залежність між температурою фазового β → α-переходу йодиду срібла із діелектричного до суперйонного стану і товщиною оболонки SiO2. З’ясовано, що електропровідність наносистеми AgI/SiO2 на порядок величини вища, ніж йодиду срібла у β-фазі, і харак- теризується оберненою залежністю від товщини оболонки SiO2. Electrophysical and thermophysical properties of the ‘core—shell’ AgI/SiO2 nanocomposites (with AgI core of ≅ 40 nm) are studied within the temperature range 300—450 K, depending on silica shell thickness (5—15 nm). Relationship between the silica shell thickness and the β → α (dielectric—superionic) phase- transition temperature of silver iodide is found. As shown, the electrical con- ductivity of AgI/SiO2 nanosystem is higher by one order of magnitude than β- AgI and increases with the decrease of silica shell thickness. Исследованы электрофизические и теплофизические свойства наноком- позитов AgI/SiO2 со структурой «ядро—оболочка» (размер ядра AgI ≅ 40 нм) в диапазоне температур 300—450 К в зависимости от толщины оболоч- ки диоксида кремния (5—15 нм). Установлена зависимость между темпе- ратурой фазового β → α-перехода йодида серебра из диэлектрического в суперионное состояние и толщиной оболочки SiO2. Обнаружено, что элек- тропроводность наносистемы AgI/SiO2 на порядок величины выше, чем йодида серебра в β-фазе, и характеризуется обратной зависимостью от толщины оболочки SiO2. Ключові слова: йодид срібла, наночастинки, діоксид кремнію, фазовий перехід, електропровідність. (Отримано 19 червня 2012 р.) Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2012, т. 10, № 4, сс. 819—827 © 2012 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 820 І. М. МУДРАК, Л. П. СТОРОЖУК, С. М. МАХНО, П. П. ГОРБИК 1. ВСТУП Йодид срібла – унікальний представник класу суперйонних прові- дників, який, завдяки фазовому переходу із діелектричного в супе- рйонний стан [1] та від’ємному коефіцієнту лінійного розширу [2], представляє особливий інтерес для дослідників. З часу відкриття аномально високої провідности в α-фазі та висунення гіпотези про існування розупорядкованої підґратниці Ag + [3] на прикладі йоди- ду срібла здійснюється модельне вивчення та теоретичні розрахун- ки механізму суперйонної провідности твердих тіл [4, 5]. Інтенсив- ні дослідження AgI сприяли значному прогресу в області йонної провідности твердого тіла та впровадженню в техніку таких важли- вих пристроїв як йонні батерії [6, 7], газові сенсори [8, 9], паливні елементи [10, 11], суперконденсатори [12] тощо. В останні роки значні успіхи спостерігаються в галузі нанотехно- логій. Як відомо, зменшення розміру частинок твердих тіл може суттєво вплинути на їх фізичні та хемічні властивості. Подібні явища одержали назву розмірних ефектів. Найбільш детально такі ефекти вивчено для металів та напівпровідників, в той час як для суперйонних провідників – не так ґрунтовно. Саме тому актуаль- ним постає завдання дослідження структури та властивостей йоди- ду срібла в нанорозмірній формі. Декілька підходів було розроблено для синтези нанорозмірних систем, що містять наночастинки йоди- ду срібла, а також досліджено зміну їх фізико-хемічних властивос- тей залежно від розміру частинок та умов одержання [13—17]. Перспективними матеріялами для дослідження як з наукової так і прикладної точок зору є наносистеми із структурою «ядро— оболонка» [18—20]. Змінюючи тип та параметри оболонки, можна цілеспрямовано керувати властивостями таких систем [19]. Оболо- нка також може забезпечувати захист ядра наносистеми від впливу зовнішнього середовища [20]. У роботі [21] нами розглянуто особливості процесу формування оболонки діоксиду кремнію навколо наночастинок AgI і встановле- но оптимальні фізико-хемічні умови одержання наносистеми із структурою «ядро—оболонка» AgI/SiO2 з можливістю технологічно керувати товщиною оболонки SiO2. Метою даної робити є дослідження теплофізичних та електрофізич- них властивостей нанорозмірної композиційної системи із структурою «ядро—оболонка» AgI/SiO2 залежно від товщини оболонки SiO2. 2. ЕКСПЕРИМЕНТ Нанокомпозити AgI/SiO2 зі структурою «ядро—оболонка» одержува- ли шляхом формування навколо колоїдних частинок AgI із середнім ВЛАСТИВОСТІ НАНОСИСТЕМИ ІЗ СТРУКТУРОЮ «ЯДРО—ОБОЛОНКА» AgI/SiO2 821 розміром 40 нм оболонки SiO2 [21]. Поверхню наночастинок AgI по- передньо функціоналізували γ-амінопропілтриетоксисиланом. Як прекурсор SiO2 використовували тетраетоксисилан (ТЕОС), змінюю- чи концентрацію якого виготовлено зразки з товщиною оболонки 5, 10 і 15 нм. Осадження наночастинок з розчину здійснювали центри- фуґуванням. Якість осадження контролювали за допомогою спект- рофотометра СФ-16. У спектрах оптичного вбирання зливних вод в області 330 і 420 нм не спостерігалось характерних екситонних піків AgI [14]. Фазовий склад одержаних нанокомпозитів досліджували, вико- ристовуючи дифрактометер ДРОН-4-07 з геометрією зйомки за Бреґ- ґом—Брентано у випроміненні CuKα-ліній аноди з ніклевим фільтром у відбитих променях. Електропровідність (σ) визначали за допомо- гою вимірювача імітансу Е7-14 в діяпазоні частот 0,1—10 кГц. Особ- ливості фазових перетворень досліджували методою диференціяль- ної сканівної калориметрії (ДСК) з використанням термічного аналі- затора STA 449 F1 Jupiter. Зразки для дослідження виготовлялись з вихідних порошків нанокомпозитів AgI/SiO2 шляхом пресування їх у диски діяметром 3 мм та висотою 1 мм. Порошки нанокомпозитів перед вимірюванням прогрівались до 200°С. 3. РЕЗУЛЬТАТИ І ОБГОВОРЕННЯ Результати рентґеноструктурної аналізи виявили наявність в оде- ржаних зразках системи AgI/SiO2 аморфної фази діоксиду кремнію та кубічної модифікації йодиду срібла. На рисунку 1 представлено дифрактограму нанокомпозита AgI/SiO2, на котрій, окрім дифрак- ційних рефлексів від кристалічної ґратниці AgI, спостерігається Рис. 1. Рентґенограма зразка наносистеми AgI/SiO2 з товщиною оболон- ки SiO2 у 5 нм. 822 І. М. МУДРАК, Л. П. СТОРОЖУК, С. М. МАХНО, П. П. ГОРБИК також дифузне гало, зумовлене некогерентним розсіянням Рентґе- нових променів від аморфної оболонки SiO2. Можливо також, що деяка кількість йодиду срібла теж перебуває в аморфному стані та додає свій внесок у дифузне розсіяння. Результати диференційної сканівної калориметрії (ДСК) зразків системи AgI/SiO2 в діяпазоні температур 350—470 К представлено на рис. 2. Для всіх нанокомпозитів AgI/SiO2 на графіках ДСК спостерігаєть- ся ендотермічний ефект, який пов’язаний з фазовим переходом йо- диду срібла з діелектричної (β) до суперйонної (α) фази. У порівнянні з мікрокристалічним йодидом срібла (Тс = 420 К), одержаним за нор- мальних умов згідно з методикою [22], температура відповідного фа- зового переходу суттєво знижується – на 15—17 К. Слід також відмі- тити, що в зразках з більшою товщиною оболонки SiO2 максимум те- Рис. 2. Термограми ДСК зразків наносистеми AgI/SiO2; товщина оболонки SiO2: 1 – 5 нм, 2 – 10 нм, 3 – 15 нм. Рис. 3. Фазова діяграма йодиду срібла [29]. ВЛАСТИВОСТІ НАНОСИСТЕМИ ІЗ СТРУКТУРОЮ «ЯДРО—ОБОЛОНКА» AgI/SiO2 823 плового ефекту зсувається в бік нижчих температур. Як відомо, температура фазового β → α-переходу в AgI (Тс) обер- нено пропорційно залежить від тиску (рис. 3) [23]. Відповідно при збільшенні товщини оболонки SiO2 з 5 до 15 нм, ймовірно, за раху- нок її теплового розширу, відбувається посилення тиску на наноча- стинки AgI і, як результат, температура β → α-переходу знижуєть- ся. Однак, як видно з рис. 4, збільшення товщини оболонки діокси- ду кремнію спричиняє лише незначне зниження Тс, тоді як рівно- важна температура фазового β → α-переходу безпосередньо для са- мих наночастинок AgI може знаходитись в околі значення T = 407 К. Тому для пояснення одержаного результату слід взяти до уваги одне з фундаментальних явищ, пов’язане з малими частинками, а саме – існування Ляплясового тиску. Феноменологічно Ляплясів тиск визначається кривиною поверхні твердого тіла і виникає за- вдяки існуванню поверхневого натягу. Величина капілярного тис- ку визначається співвідношенням: 1 2 1 1 , L c P r r   = σ +    (1) де r1 і r2 – головні радіюси кривини, для яких визначено не тільки величину, але і знак (додатній для опуклої і від’ємний для увігнутої поверхні) [24]. Для квазисферичних частинок PL = 2σc/r. Таким чи- ном, малі частинки виявляються стисненими досить великим Ляп- лясовим тиском, котрий при r = 10 −8 м (10 нм) і σс = 1,5—2 кДж/м2 становить 150—200 МПа [25]. У нашому випадку частинки AgI ма- Рис. 4. Залежність температури фазового β → α-переходу в наночастин- ках AgI (Тс) від товщини оболонки SiO2 (d): ○ – експериментальні точ- ки, «–» – теоретична крива згідно з рівнанням (4). 824 І. М. МУДРАК, Л. П. СТОРОЖУК, С. М. МАХНО, П. П. ГОРБИК ють квазисферичну форму з середнім розміром 40 нм [21], а згідно з фазовою діяграмою [23] пониження Тс на 13 К відповідає дії тиску у 80 МПа, що цілком узгоджується з вищевикладеними міркування- ми. Оболонка діоксиду кремнію товщиною d, згідно з рівнанням (1), має зовнішній додатній радіюс та внутрішній від’ємний і, таким чином, створює додатковий тиск на наночастинки AgI величиною: .c L d P r r d ′σ  ′ =  +  (2) Відповідно до збільшення товщини оболонки величина додатко- вого тиску також збільшується. Функціональну залежність Тс = f(P), згідно з рис. 3, можна виразити наступним рівнанням: 420 0,17 , c T P= − (3) де Р – тиск, виражений в МПа. Підставляючи в рівнання (3) замість Тс експериментальні значення, а замість Р рівнання (1) та (2), взявши r = 20 нм [21], можна встановити розрахункову залежність між тов- щиною оболонки SiO2 і температурою фазового β → α-переходу в AgI: 420 0,17 77 49 , 20 c d T d  = − + +  (4) де d – товщина оболонки SiO2 в нанометрах. Таким чином, варіюю- Рис. 5. Температурна залежність lgσ на частоті 1 кГц для зразків наносис- теми AgI/SiO2 з товщиною оболонки SiO2: 1 – 5 нм, 2 – 10 нм, 3 – 15 нм, а також мікрокристалічногоAgI (4). ВЛАСТИВОСТІ НАНОСИСТЕМИ ІЗ СТРУКТУРОЮ «ЯДРО—ОБОЛОНКА» AgI/SiO2 825 чи товщину оболонки SiO2, можна цілеспрямовано керувати пара- метрами фазового перетворення йодиду срібла з діелектричного в суперйонний стан у складі нанокомпозитів AgI/SiO2 із структурою «ядро—оболонка». За результатами дослідження електрофізичних властивостей встановлено, що для всіх зразків системи AgI/SiO2 характерне пла- вне зростання електропровідности при збільшенні температури (рис. 5). На відміну від мікрокристалічного йодиду срібла для на- нокомпозитів AgI/SiO2 не спостерігається стрибок електропровід- ности на декілька порядків величини, пов’язаний з фазовим пере- ходом з діелектричної в суперйонну фазу, натомість, на графіку за- лежності lgσ від Т має місце зміна кута нахилу кривої. Точка зламу знаходиться в околі значення Т = 400 К і збігається з початком ен- дотермічного ефекту, зафіксованого методою ДСК, котрий відпові- дає β → α-фазовому переходу в AgI (рис. 2). Слід відмітити, що електропровідність зразків системи AgI/SiO2 характеризується оберненою залежністю від товщини оболонки SiO2, чим менша оболонка, тим, відповідно, вища електропровід- ність нанокомпозита (табл.). Енергію активації міґрації йонних дефектів (Ha) для низькотем- пературної ділянки електропровідности (Т < 400 К) зразків системи AgI/SiO2 визначено згідно з Арреніюсовим співвідношенням: 0 exp ;a B H k TT σ  σ = −    (5) вона складає ≅ 0,48 еВ. Такий порядок величини відповідає об’єм- ній провідности йодиду срібла у β-фазі (0,51 еВ). Однак, для високо- температурної ділянки (Т > 400 К) Ha має значення 0,4—0,29 еВ, що значно більше енергії активації міґрації йонів Ag + у суперйонній α- фазі йодиду срібла – 0,11 еВ. Це, в свою чергу, може свідчити про те, що йони срібла не беруть участі в процесі переносу електричного заряду в системі Ag/SiO2. Відсутність різкого зростання електропровідности в нанокомпо- зитах AgI/SiO2 при переході в α-фазу може свідчити про відсутність суцільного кластера з частинок йодиду срібла, який має місце для йонопровідних композиційних систем. Це підтверджує наявність навколо наночастинок AgI суцільної оболонки з діоксиду кремнію, ТАБЛИЦЯ. Електропровідність зразків системи AgI/SiO2 з різною тов- щиною оболонки (5, 10 і 15 нм) та мікрокристалічного AgI. AgI/SiO2 (5 нм) AgI/SiO2 (10 нм) AgI/SiO2 (15 нм) AgI σ300, Oм −1⋅см−1 3,23⋅10 −5 1,48⋅10 −5 0,76⋅10 −5 1,63⋅10 −7 σ450, Oм −1⋅см−1 0,97⋅10 −2 0,45⋅10 −2 0,26⋅10 −2 0,61 826 І. М. МУДРАК, Л. П. СТОРОЖУК, С. М. МАХНО, П. П. ГОРБИК яка й перешкоджає дрейфу рухливих йонів Ag + під дією зовнішньо- го електричного поля в α-фазі. В свою чергу, на порядок вища елек- тропровідність зразків системи AgI/SiO2 за кімнатної температури, можливо, спричинена додатковим внеском провідности суцільної системи з оболонок SiO2. Як відомо, чистий діоксид кремнію є хорошим діелектриком, σ = 10 −14 Oм −1⋅см−1, однак залежно від умов одержання, структури, наявности різних поверхневих груп, його електропровідність може змінюватись у достатньо широкому діяпазоні [26]. Аморфний SiO2 має досить «відкриту» структуру, навіть у термічно вирощених ок- сидах існують канали, крізь які такі катіони, як Na + і K + , можуть успішно міґрувати. Зокрема, в МОН-транзисторах (метал—оксид— напівпровідник) під дією електричного поля такі катіони можуть рухатись у межах оксидного шару закривки і спричинювати зсув напруги спрацьовування транзистора. Однак, найбільш вагомий внесок у зростання електропровідности діоксиду кремнію може здійснювати протонна провідність. Як показали теоретичні розра- хунки [27], навіть за незначної кількости молекуль води в системі може реалізовуватись механізм переносу протонів. У роботах [28, 29] було експериментально показано, що введення SiO2 в протоноп- ровідні системи як покриття чи наночастинок покращує їх елект- ропровідність. Таким чином, завдяки реалізації механізму перено- су протонів у суцільній системі з оболонок SiO2, електропровідність системи AgI/SiO2 за кімнатної температури на порядок величини вища, ніж йодиду срібла в β-фазі. Із зменшенням товщини оболон- ки SiO2 питома площа поверхні системи збільшується, і тому кон- центрація зв’язаних з поверхнею носіїв заряду зростає, що, в свою чергу, адекватно відображається на електропровідності відповід- них зразків системи AgI/SiO2. 4. ВИСНОВКИ У нанорозмірній композиційній системі із структурою «ядро— оболонка» AgI/SiO2 виявлено ефект зниження температури фазового β → α-переходу в йодиді срібла, величина якого залежить від товщи- ни оболонки діоксиду кремнію. Суцільна оболонка з діоксиду крем- нію навколо наночастинок AgI блокує дрейф рухливих йонів Ag + під дією електричного поля, в результаті чого при переході в суперйонну α-фазу для нанокомпозитів AgI/SiO2 не спостерігається стрибкоподі- бне збільшення електропровідности майже на 4 порядки величини. Однак, за рахунок реалізації механізму переносу протонів у суціль- ній системі з оболонок SiO2 електропровідність нанокомпозитів на порядок величини вища, ніж мікрокристалічного йодиду срібла в β- фазі. Також встановлено, що електропровідність системи AgI/SiO2 зростає із зменшенням товщини оболонки діоксиду кремнію за ра- ВЛАСТИВОСТІ НАНОСИСТЕМИ ІЗ СТРУКТУРОЮ «ЯДРО—ОБОЛОНКА» AgI/SiO2 827 хунок збільшення зв’язаних з поверхнею носіїв заряду. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. Ю. Я. Гуревич, Ю. И. Харкац, Суперионные проводники (Москва: Наука: 1992). 2. С. И. Новикова, Тепловое расширение твердых тел (Москва: Наука: 1974). 3. C. Tubandi and E.Lorenz, Z. Phys. Chem., 87: 513 (1914). 4. R. A. Montani, J. Phys. Chem. Solids, 53: 1211 (1992). 5. A. K. Ivanov-Schitz, B. J. Mazniker, and E. S. Povolotskaya, Solid State Ionics, 159: 63 (2003). 6. M. Tatsumisago, M. Wakihara et al., Solid State Ionics for Batteries (Tokyo: Springer: 2005). 7. R. M. Dell, Solid State Ionics, 134: 139 (2000). 8. A. Dubbe, Sen. Act. B: Chemical, 88: 138 (2003). 9. F. H. Garzaon, R. Mukudan, R. Lujan, and E. L. Brosha, Solid State Ionics, 175: 487 (2004). 10. J. W. Fergus, R. Hui, X. Li, D. P. Wilkinson, and J. Zhang, Solid Oxide Fuel Cells: Materials Properties and Performance (Boca Raton: CRC Press: 2008). 11. Modeling Solid Oxide Fuel Cells: Methods, Procedures and Techniques (Eds. R. Bove and S. Ubertini) (Springer Science+Business Media, B.V.: 2008). 12. Л. И. Деспотули, А. В. Андреева, П. П. Мальцев, Нано- и микросистемная техника, 2: 2 (2005). 13. Y. Kobayashi, K. Misawa et al., Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 251: 197 (2004). 14. H. Vogelsang, O Husberg, and W. Osten, J. Lumin., 86, No. 2: 87 (2000). 15. Y. Wang, L. Huang, H. He, and M. Li, Physica B, 325: 357 (2003). 16. Y.-G. Guo, J.-S. Lee, and J. Maier, Solid State Ionics, 177: 2467 (2006). 17. R. Makiura, T. Yonemura et al., Nature Materials, 8: 476 (2009). 18. E. Mine, A. Yamada, Y. Kobayashi, M. Konno, and L. M. Liz-Marzan, J. Colloid Interface Sci., 264: 385 (2003). 19. F. Caruso, Advanced Materials, 3, No. 1: 11 (2001). 20. M. Ohmori and E. Matijevic, J. Colloid Interface Sci., 160: 288 (1993). 21. І. М. Мудрак, Л. П. Сторожук, П. П. Горбик, Г. М. Гуня, М. І. Даниленко, Хімія, фізика та технологія поверхні, 16: 219 (2009). 22. Г. Брауер, Руководство по неорганическому синтезу (Москва: Наука: 1985). 23. B. E. Mellander, J. E. Bowling, and B. Baranovski, Phys. Scripta, 22: 541 (1980). 24. В. В. Скороход, І. В. Уварова, А. В. Рагуля, Фізико-хімічна кінетика в на- ноструктурних системах (Київ: Академперіодика: 2001). 25. И. Д. Морохов, Л. И. Трусов, В. Н. Лаповок, Физические явления в ультра- дисперсных средах (Москва: Энергоатомиздат: 1984). 26. Ю. С. Дзязько, Л. А. Белякова, Д. Ю. Ляшенко, Хімія, фізика та техноло- гія поверхні, 2, № 3: 242 (2011). 27. C. Cao, Y. He et al., J. Chem. Phys., 126: 211101 (2007). 28. H. Suzuki, D. Miyano, T. Okamoto, and T. Fujinami, Abstracts of Third Inter. Symp. on Proton Conducting Membrane Fuel Cells (20—25 October, 2002, Salt Lake City). 29. Z. Miao, H. Yu et al., Electrochem. Commun., 11: 787 (2009).

Ähnliche Einträge