| Лаборатория полупроводниковых нанокомпозитов

Лаборатория полупроводниковых нанокомпозитов

Коллектив имеет многолетний опыт работ как по получению и исследованию свойств наночастиц, так и изучению различных вопросов биосовместимости. Коллективом, в рамках Гранта РФФИ № 09-02-01042-а "Получение и исследование водных дисперсий эффективно люминесцирующих наночастиц кремния для использования в биологии и медицине", были получены теоретические и экспериментальные результаты по получению нанокристаллических материалов, в том числе композитных наночастиц на основе кремния.

Синтез наноразмерного порошка осуществляется в проточном реакторе в струе смеси газов: моносилана SiH4 и добавочного «GAS» (гелий, аммиак, метан), окруженной цилиндрическим потоком аргона Ar. Для получения наночастиц с заданными свойствами и параметрами, такими как размер и микроструктура (аморфная, кристаллическая) меняются параметры реакции – мощность CO2–лазера, скорости потоков аргона, моносилана SiH4, второго рабочего газа и соотношение потоков SiH4 и «GAS». По изображениям с просвечивающего электронного микроскопа частицы обеих образцов имеют средний диаметр 10 нм с довольно узкой дисперсией по размерам. Картина дифракции электронов для обоих образцов показывает, что образцы имеют кристаллическую решетку, соответствующую структуре кремния.

После обработки в HF+HNO3 получены люминесцирующие наночастицы . Люминесценция была перестраиваемой, так при возбуждении длинами волн 365, 456, 532 и 660 нм изменялась и длина волны люминесценции: 660, 690, 720 и 820 нм соответственно.

Показана возможность получения композитных наночастиц при пиролизе смеси газов. Результаты ИК-спектроскопии полученных наночастиц показали наличие связей Si-N и Si-C. Также в нашей лаборатории  впервые получены композитные частицы Si-B, проведены предварительные исследования оптических свойств, микроструктуры и биосовместимости данных наночастиц.

При исследования спектров оптического поглощения и комбинационного рассеяния в нанокристаллах кремния, было выявлено, что особенности поведения среды в оптическом диапазоне частот, а также фононные аномалии объясняются наличием сильного статического электрического поля внутри кремниевой частицы. Величина поля достигает значения порядка 2,8•107 В/см. Такие поля приводит к локализации электрона в пределах одного периода кристаллической решетки кремния, то есть в области с размерами около 0,5нм. Очевидно, что увеличение коэффициента оптического поглощения не единственный эффект, к которому приводит локализация электронов.

Исследованы флуоресцентные свойства водо-нерастворимого фталлоцианина, в его коллоидной модификации, а также сложных наночастиц фталлоцианин - кремний. Обнаружен эффект разгорания флуоресценции, связанный с взаимодействием между нанофталлоцианином и нанокремнием.

Исследованы зарядовые состояния коллоида, состоящего из кремниевых наночастиц, диспергированных в водную среду, исследования проводились с помощью микроэлектрофореза на созданной экспериментальной модели. Измерена величина связанного заряда на поверхности наночастиц кремния.
Были исследованы оптические свойства наночастиц кремния покрытые оболочками из различных металлов. Установлено, что наличие оболочки сильно меняет поглощение наночастицы. Получены оптические спектры частиц с покрытием из серебра и меди.

 

Рисунок 1(a) Рисунок 1(б)

Рисунок 1 Внешний вид установки лазерно-стимулированного пиролиза газов (а) и системы подачи газов (б).

 

 

Рисунок 2  Фотография зоны реакции моносилана с излучением CO2–лазера.

Рисунок 3 Схема установки лазерно-стимулированного пиролиза газов.

 

 

Рисунок 4 ПЭМ изображения наночастиц кремния Рисунок 5 Картина дифракции электронов образцов

 

 

Рисунок 6 Фотография свежеполученных образцов nSi_0405, nSi_1709 и nSi_1809 (слева направо).

Рисунок 7 Фотография коллоида наночастиц в метаноле (слева) и воде (справа) после химической обработки в растворе CH3OH + HF + FeCl3 при облучении УФ‑лампой.

 

 

Рисунок 8 Спектры люминесценции наночастиц кремния после химической обработки в растворе CH3OH + HF + HNO3 с указанием длины волны максимума.

Кривые 1-3 – увеличение времени травления. Возбуждение 365 нм.

 

Список основных публикаций коллектива.

 

1. Karpo A., Korovin S., Orlov A. «Surface charge of silicon nanoparticles in colloidal state» Proceedings of SPIE (2007), Vol. 6606. p.1218-1225.
2. S. Korovin, S. Vasil’chenko, V. Ogluzdin, Optical properties of multishelled amorphous silicon nanoparticles, Proceedings of SPIE (2005), Vol. 5850. p.505-512
3. A. Vladimirov, S. Korovin, A. Surkov, E. Kelm, V.Pustovoy, «Tunable Luminescence of Silicon Nanoparticles», AIP Conf. Proc. Vol 1275, pp. 58-62, 2010
4. A. Vladimirov, S. Korovin, A. Surkov, E. Kelm, and V. Pustovoy, «Synthesis of Luminescent Si Nanoparticles Using the Laser-Induced Pyrolysis», Laser Physics, 2011, Vol. 21, No. 4, pp. 830-835
5. A. Karpo, S. Korovin, A. Orlov, and V. Pustovoy «Dynamic Light Scattering by Charged Silicon Nanoparticles in Colloid» Laser Physics, 2009, Vol. 19, No. 6, pp. 1377–1381