Теоретичне визначення потенціалу іон поверхневої взаємодії для багатошарових адсорбентів на основі кремнезему
The deposition of a SiO2 layer with the thickness of ~40 Å has been shown to make the interaction potential V0(х,L) in the multilayer structure metal-silica-vacuum similar to that of a charge with disperse silica surface.
Gespeichert in:
| Datum: | 2004 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2004
|
| Online Zugang: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/129 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Surface| _version_ | 1869291222669983744 |
|---|---|
| author | Goraichuk, T. V. Ilchenko, L. G. Lobanov, V. V. |
| author_facet | Goraichuk, T. V. Ilchenko, L. G. Lobanov, V. V. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "T. V. Goraichuk",
"institution": "Інститут хімії поверхні НАН України"
},
{
"author": "L. G. Ilchenko",
"institution": "Інститут хімії поверхні НАН України"
},
{
"author": "V. V. Lobanov",
"institution": "Інститут хімії поверхні НАН України"
}
] |
| author_sort | Goraichuk, T. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2018-11-27T09:41:38Z |
| description | The deposition of a SiO2 layer with the thickness of ~40 Å has been shown to make the interaction potential V0(х,L) in the multilayer structure metal-silica-vacuum similar to that of a charge with disperse silica surface. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:30:29Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 539.2.01
ТЕОРЕТИЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ПОТЕНЦІАЛУ
ІОН-ПОВЕРХНЕВОЇ ВЗАЄМОДІЇ ДЛЯ БАГАТОШАРОВИХ
АДСОРБЕНТІВ НА ОСНОВІ КРЕМНЕЗЕМУ
Т.В. Горайчук, Л.Г. Ільченко, В.В. Лобанов
Інститут хімії поверхні Національної академії наук України
вул. Ген. Наумова 17, 03680 Київ-164
Показано, що при нанесенні шару SiO2 завтовшки ~40 Å потенціал взаємодії V0(х,L)
в багатошаровій системі метал–кремнезем–вакуум є аналогічним потенціалу взаємодії
заряду з поверхнею дисперсного кремнезему.
The deposition of a SiO2 layer with the thickness of ~40 Å has been shown to make the
interaction potential V0(х,L) in the multilayer structure metal-silica-vacuum similar to that of a
charge with disperse silica surface.
Вступ
Лікарські препарати на основі високодисперсного кремнезему мають широке
використання в медичній практиці [1] завдяки його унікальним адсорбційним властивостям
[2]. Подальше використання цих властивостей поверхні аморфних частинок кремнезему
пов’язане зі створенням нових багатокомпонентних матеріалів, які б поєднували в собі
унікальні властивості препаратів на основі дисперсного кремнезему [1] та в той же час
акумулювали в собі нові властивості, наприклад, були б магнітокерованими препаратами
точкової дії. Використання таких медичних препаратів нового покоління базується на
створенні багатокомпонентних (в тому числі багатошарових) структур.
В роботі [3] встановлено, що нанесенням металевих покриттів на діелектричну
підкладинку можна значно збільшити потенціал електростатичної взаємодії заряду
(електрона, іона) з поверхнею. Навпаки, на прикладі дисперсного кремнезему показано [4],
що можливе цілеспрямоване регулювання потенціалу іон-поверхневої взаємодії вихідного
діелектричного матеріалу, завдяки вибору матеріалу іншого діелектричного покриття та
зміні його товщини L.
Діелектричні плівки сприяють хімічній стабілізації металевої поверхні в зовнішньому
середовищі, зменшуючи її поверхневу активність в залежності від товщини L нанесеного
покриття. В даній роботі розраховано потенціал іон-поверхневої взаємодії V0(x,L)
зарядженої частинки, що перебуває в повітрі (вакуумі) на відстані х від поверхні, з
металевим зразком при збільшенні товщини L моношарового діелектричного покриття з
параметрами аморфного кремнезему.
Теоретична частина
Для розрахунку потенціалу іон-поверхневої взаємодії V0(x,L) зарядженої частинки Z*e,
яка перебуває в повітрі (вакуумі) на відстані 0³x від поверхні, з металевим зразком, наякий
нанесено надтонкий шар діелектрика, будемо виходити з моделі тришарової системи [5, 6],
в якій область x<-L відповідає металу з діелектричною проникністю e1( k
r
), в області -L£ x£ 0
знаходиться шар діелектрика з діелектричною проникністю e2( k
r
). Схему розглянутої
системи наведено на рис. 1.
Рис. 1. Тришарова система метал-діелектрик-повітря.
Електростатична енергія точкового заряду Z*e, що знаходиться у зовнішньому
середовищі (вакуумі e3=1) (x³0) поблизу металу, на поверхню якого нанесено шар
діелектрика завтовшки L, визначається виразом [5, 6]:
( ) ò
¥
*
ú
û
ù
ê
ë
é
+-=
0
3
2
0 2
1),;(),(
q
xxqDqdqeZLxV (1)
де { }q q qy z= , - двовимірна компонента хвильового вектора; k^ - хвильовий вектор,
перпендикулярний до меж розподілу; Dj
0(q;x,x) – функція Гріна повздовжнього
кулонівського поля в кожному з трьох середовищ, яка згідно [5, 6] дорівнює
( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]xaaLaLaLa
qB
xaxxqD AS 20
2
1)(2
)(
)(),,( 331
2
3
3 +--+-+-= , (2)
[ ][ ]
[ ][ ])0()(sa )()(
)0()(a )()()(
31
3A1
aLLaLa
aLLaLsaqB
A +--+-+
++--+-=
(3)
( )ò
¥
¥ +
=
- ^ ^
^
+^
),(1
221
e 1)(
)(k i
qkqk
dk
xa
Lx
ep
(4)
( )ò
¥
¥ +
=
- ^
^
^
^
),(3
22
k i
3
e 1)(
qkqk
dkxa
x
ep
(5)
å
^
^
^^
+
e+
=
k
Lxik
AS
qkqk
e
L
xqa
),()(
2);(
2
22
)(
, ; (6)
( ) ... 2, ,1 0,=n ;12k ;2 ±±+== ^^ LL
nnk As pp
Як показано в [4-6], для одержання неперервного розподілу потенціалу зображення
)(0 xV j в неоднорідній (багатошаровій) системі необхідно вибрати діелектричні функції
металу )(1 k
r
e та діелектрика )(2 k
r
e так, щоб виконувалася умова lim ( )
k j k
®¥
=e
r
1, яка
забезпечує неперервність (скінченність) потенціалу на межах поділу ( Lx -= і 0=x ).
Для врахування просторової дисперсії в діелектричній функції металу )(1 k
r
e
скористаємось широко застосовуваним наближенням Томаса-Фермі, згідно якого
2
2
1
1 1)(
k
k ke +=
r , { }qkk ,^= , (7)
де 1
1
-k - радіус екранування, 1
1
2
2
1
6
FE
nepk = , 1n - концентрація електронів,
1
32
1
22
1
2
)3(
m
nEF
ph= та m1 ефективна маса вільних електронів металу.
Для врахування просторової дисперсії в діелектричній функції )(2 k
r
e покриття
скористаємось інтерполяційною моделлю Інксона, згідно якій )(2 k
r
e має такий вигляд [7]:
( )11
11)(
22
2
2
2
2
-÷
ø
ö
ç
è
æ+
-
+=
e
l
e
e
k
k r
r , (8)
де 2e - діелектрична стала кристалічної гратки (при 0®k
r
), 1
2
-l -ефективний радіус
екранування зв’язаними (валентними) електронами іонних остовів кристалічної гратки
діелектрика, які по порядку величини близькі до розміру атома (іона).
Результати та їхнє обговорення
Зонна енергетична діаграма для системи метал - плівка кремнезему - повітря з розрахо-
ваним згідно запропонованої моделі потенціалом ),(0 LxV j ( 3,2,1=j ) (суцільна крива)
відповідно роботам [5, 6] та рівнянням (1)-(8) наведена на рис. 2. Для розрахунку
використано такі параметри: для металу 322
1 106 -×= смn , 8407,01 =m , робота виходу
eVмет 6.4=f ; для кремнезему 22 =e і см81
2 1065,4 -- ×=l . Підставляючи (8) в (6) і (7) в (4), а
потім в (3), (2) і (1), розраховано потенціал електростатичної взаємодії V0(х,L) точкового
заряду, що знаходиться в повітрі, з металевою частинкою з нанесеним кремнеземом (рис.
3).
Рис. 2. Зонна енергетична діаграма для системи метал - плівка кремнезему - повітря.
Рис. 3. Потенціал електростатичної взаємодії V0(х,L) заряду, що знаходиться в повітрі, з
металевою частинкою, на поверхню якої нанесена плівка кремнезему (суцільні
криві) завтовшки 5, 20 та 40 Å (відповідно 1-3). Точкова крива - потенціал
взаємодії з поверхнею кремнезему, а штрихова - металу.
Рис. 4. Залежність електростатичного потенціалу на поверхні плівки кремнезему на
металі від її товщини (суцільна крива). Точкова крива - потенціал взаємодії з
поверхнею кремнезему, а штрихова - металу.
Проведені розрахунки показали (рис. 4), що для одержання потенціалу взаємодії
V0(х,L) в багатошаровій системі метал–плівка кремнезему–повітря, який би відповідав
потенціалу взаємодії заряду з поверхнею дисперсного кремнезему, необхідно нанести шар
діоксиду кремнію завтовшки ~40 Å. Коли товщина покриття менша (наприклад, складає
декілька моношарів SiO2), металевою підкладинкою нехтувати неможна.
Оптимальними розмірами частинок дисперсного кремнезему як лікувального
препарату є ~100 Å [1]. Наші розрахунки показали, що товщина плівки кремнезему має
складати щонайменше 40 Å, тобто для одержання максимального лікувального ефекту
розмір диспергованих частинок металу повинен бути меншим за 60 Å. Відомо, що при таких
розмірах металевих частинок стають істотними розмірні ефекти, пов’язані зі зміною
енергетичного спектру електронів металу [7, 8]. Розмірне квантування може спричинити
немонотонну зміну іон-поверхневого потенціалу в залежності від розміру металевої
частинки, на який нанесено шар кремнезему.
Література
1. Медицинская химия и клиническое применение диоксида кремния / Под ред.
А.А. Чуйко. - Киев: Наук. думка, 2003. – 415 с.
2. Химия поверхности кремнезема / Под ред. А.А Чуйко. – В 2-х т. – Киев: УкрИНТЭИ,
2001. – 1236 с.
3. Ильченко Л.Г., Гречко Л.Г. Потенциал сил изображения у поверхности диэлектрика с
металлическим покрытием // Поверхность. Физика, химия, механика. - 1991, № 2,
С.86-89.
4. Горайчук Т.В., Ільченко Л.Г., Савон О.О. Про вплив надтонких діелектричних
покриттів на електростатичну активність неселективних діелектричних поверхонь //
Укр. физ. журн. - 2001. - Т. 46, № 5. - С.572-577.
5. Ильченко Л.Г., Пашицкий Э.А., Романов Ю.А. Электростатический потенциал зарядов
в слоистых системах с пространственной дисперсией // Физика твердого тела. - 1980. -
Т. 22, № 9. - С.2700-2710.
6. Il'chenko L.G., Pashitskii E.A. and Romanov Yu.A. Charge interaction in layered systems with
spatial dispersion // Surf. Sci. - 1982.- V. 121. - P.375-395.
7. Il’chenko L.G., Goraychuk T.V. Image potential between closely separated quantum-size film
and a metal // Ultramicroscopy. - 2003. - V. 95. - P.67-73.
8. Il’chenko L.G., Litovchenko V.G., Kryuchenko Yu.V. Electron field emission (FE) from
quantum size systems // Appl. Surf. Sci. - 1995. – V. 87/88. - P.53-60.
Інститут хімії поверхні Національної академії наук України
Інститут хімії поверхні Національної академії наук України
Інститут хімії поверхні Національної академії наук України
вул. Ген. Наумова 17, 03680 Київ-164
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-129 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-07-22T19:30:29Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/89/4bbffdd8677ba5f1752c1030624aa189.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-1292018-11-27T09:41:38Z Тhеоretical determination of the potential of ion-surface interaction for multiplayer adsorbents based on silica Тhеоretical determination of the potential of ion-surface interaction for multiplayer adsorbents based on silica Теоретичне визначення потенціалу іон поверхневої взаємодії для багатошарових адсорбентів на основі кремнезему Goraichuk, T. V. Ilchenko, L. G. Lobanov, V. V. The deposition of a SiO2 layer with the thickness of ~40 Å has been shown to make the interaction potential V0(х,L) in the multilayer structure metal-silica-vacuum similar to that of a charge with disperse silica surface. The deposition of a SiO2 layer with the thickness of ~40 Å has been shown to make the interaction potential V0(х,L) in the multilayer structure metal-silica-vacuum similar to that of a charge with disperse silica surface. Показано, що при нанесенні шару SiO2 завтовшки ~40 Å&nbsp; потенціал взаємодії V0(х,L) в багатошаровій системі метал–кремнезем–вакуум є аналогічним потенціалу взаємодії заряду з поверхнею дисперсного кремнезему. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2004-06-16 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/129 Surface; No. 10 (2004): Chemistry, Physics and Technology of Surface; 4-7 Поверхность; № 10 (2004): Химия, физика и технология поверхности; 4-7 Поверхня; № 10 (2004): Хімія, фізика та технологія поверхні; 4-7 3154-8091 3154-8083 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/129/128 Авторське право (c) 2004 Т.В. Горайчук, Л.Г. Ільченко, В.В. Лобанов |
| spellingShingle | Goraichuk, T. V. Ilchenko, L. G. Lobanov, V. V. Теоретичне визначення потенціалу іон поверхневої взаємодії для багатошарових адсорбентів на основі кремнезему |
| title | Теоретичне визначення потенціалу іон поверхневої взаємодії для багатошарових адсорбентів на основі кремнезему |
| title_alt | Тhеоretical determination of the potential of ion-surface interaction for multiplayer adsorbents based on silica Тhеоretical determination of the potential of ion-surface interaction for multiplayer adsorbents based on silica |
| title_full | Теоретичне визначення потенціалу іон поверхневої взаємодії для багатошарових адсорбентів на основі кремнезему |
| title_fullStr | Теоретичне визначення потенціалу іон поверхневої взаємодії для багатошарових адсорбентів на основі кремнезему |
| title_full_unstemmed | Теоретичне визначення потенціалу іон поверхневої взаємодії для багатошарових адсорбентів на основі кремнезему |
| title_short | Теоретичне визначення потенціалу іон поверхневої взаємодії для багатошарових адсорбентів на основі кремнезему |
| title_sort | теоретичне визначення потенціалу іон поверхневої взаємодії для багатошарових адсорбентів на основі кремнезему |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/129 |
| work_keys_str_mv | AT goraichuktv theoreticaldeterminationofthepotentialofionsurfaceinteractionformultiplayeradsorbentsbasedonsilica AT ilchenkolg theoreticaldeterminationofthepotentialofionsurfaceinteractionformultiplayeradsorbentsbasedonsilica AT lobanovvv theoreticaldeterminationofthepotentialofionsurfaceinteractionformultiplayeradsorbentsbasedonsilica AT goraichuktv teoretičneviznačennâpotencíaluíonpoverhnevoívzaêmodíídlâbagatošarovihadsorbentívnaosnovíkremnezemu AT ilchenkolg teoretičneviznačennâpotencíaluíonpoverhnevoívzaêmodíídlâbagatošarovihadsorbentívnaosnovíkremnezemu AT lobanovvv teoretičneviznačennâpotencíaluíonpoverhnevoívzaêmodíídlâbagatošarovihadsorbentívnaosnovíkremnezemu |