Вплив метилирование поверхні на стійкість наночастинок кремнію
C. Б. Худайберганов, А. Б. Нормуродов, А.П. Мухтарів
Інтерес до нанорозмірних кремнію виник у зв'язку з відкриттям ефекту фотолюменесценціі в цих матеріалах. Походження та характеристики їх люмінесценції пов'язані не тільки з розміром наночастинки, але і з його формою і поверхнею.
Експериментально, квантовий вихід фотолюмінесценції від зразків кремнієвих наноструктур широко варіюється від менш ніж 5% до більш ніж 50%. Взагалі загальноприйнято, що такий квантовий вихід обумовлений наявністю двох сімейств частинок: частинок, які випромінюють з приблизно 100% квантовим виходом, і дефектних часток, які не випромінюють. Фундаментальне розуміння різниці між цими В«яскравимиВ» і В«темнимиВ» сімействами частинок важливо для поліпшення квантового виходу і, в кінцевому рахунку, для збільшення ефективності світловипромінювальних приладів, заснованих на цих частинках.
Хоча було проведено велику кількість теоретичних досліджень в області люмінесцентних властивостей і стабільності кремнієвих наночасток, недосконалим наночасткам з нерегулярною (Неправильної) формою приділялося дуже мало уваги. Фактично є тільки одне таке вичерпне моделювання для насиченої воднем частинки, містить 29 атомів кремнію, діаметром 1 нм. Всі інші розрахунки були виконані для ідеалізованих, квазі-сферичних структур часток з алмазоподібної структурою або зі слабкими модифікаціями таких структур. Пасивувати кремнієві частинки, на відміну від голих частинок кремнію, не можуть мати тенденції до формування компактних структур через ефективного насичення обірваних зв'язків кремнію такими групами як-H,-OH,-CH 3 , або великими органічними молекулами у всіх процесах, що включають в себе їх синтез і модифікацію поверхні.
Люмінесцентні властивості і стабільність кремнієвих наноструктур та їх залежність від пасивації поверхні являють надзвичайно важливий науковий і технологічний інтерес.
Гідрогенізація поверхні кластерів дозволяє зберегти конфігурацію і основні властивості нанокремнія, однак воно не може запобігти окислення наночасток кремнію в повітрі. Ефективний спосіб стабілізації поверхні частинок і їх фотолюмінісцентних (ФО) властивостей являє собою пришивки органічного моношару на водородо-насичену поверхню наночастинок шляхом реакції гідросілізаціі. Однак, загалом це раніше не представлялося можливим для кремнієвих наночасток, випромінюючих блакитний колір (~ 1 нм в діаметрі). Отримання органічно захищених наночастинок кремнію, испускающих блакитний колір, і що залишаються стабільними в повітрі, залишалося проблематичним. Природа блакитного випромінювання кремнієвих наночасток здається залежить від методу отримання і, загалом, недостатньо добре зрозуміла. Група Свіхарта розвинула метод для приготування в макроскопічних кількостях люмінесцентних наночастинок кремнію, випромінюючих в межах від червоного до зеленого кольору. Метод заснований на розкладанні SiH 4 -H 2 -He суміші CO 2 лазером з наступним травленням в концентрованої HF/HNO 3 суміші.
Досліди показали, що навіть часткове метилування нанокластеров призводить до різкого скорочення процесу окислення, що пояснюється великою стійкістю органічних груп до кисню. Крім того, об'ємні органічні функціональні групи закривають поверхню кластера і тим самим зменшують ймовірність зустрічі поверхневих атомів з молекулами кисню. Тим не менш, у даний час відсутня мікроскопічна модель такого насичення, ступінь насичення та її вплив на стійкість кластеру та зонні характеристики.
Ці водородо-насичені люмінесцентні частинки кремнію вступали в реакцію з різними насичує молекулами з подвійними зв'язками. Це давало захищені органічними молекулами наночастинки кремнію з високим покриттям поверхні пришитими органічними молекулами. Ці частинки досить стійки до оксідізаціі. Однак, коли нагрівають частинок до 140 В° C або висвітлюють ультрафіолетовим випромінюванням з довжиною хвилі 254 нм протягом декількох годин, поверхню частинок без пришитих органічних молекул частково оксідізіруется, в той час як наночастинки з пришитими органічними молекулами залишаються незмінними. У кінцевому підсумку це призводить до великого зсуву у блакитній області ФО спектру, проте механізм походження такого зрушення ще недостатньо добре зрозумілий. У практичному відношенні це дає спосіб отримання органічно покритих часток зі стабільною блакитний емісією з відносно легко одержуваних часток, випромінюючих жовтий колір. Фундаментальне розуміння цих змін до ФО спектрі необхідно для широкого застосування цієї технології.
У даному повідомленні ми наводимо результати досліджень малих наночастинок кремнію, містить 29 атомів Si, поверхневі бовтаються зв'язку яких насичені воднем у різних поєднаннях. Для розрахунку просторової та електронної структури кластерів нами був використаний н...
