Бу тикшеренүдә без Cu / Ni нанопартикларын тикшердек, микро углерод чыганакларында синтезланган, RF спуттеры һәм RF-PECVD белән бергә кушылу, шулай ук Cu / Ni нанопартиклары ярдәмендә CO газын табу өчен локальләштерелгән өслек плазмон резонансы. Кисәкчәләр морфологиясе. Faceир өсте морфологиясе 3D атом көче микрографларын анализлау һәм фрактал / мультипракталь анализ алымнары ярдәмендә өйрәнелде. Статистик анализ MountainsMap® Premium программа ярдәмендә вариантка (ANOVA) ике яклы анализ һәм иң аз аерма тесты ярдәмендә башкарылды. Nanир өстендәге наноструктуралар җирле һәм глобаль конкрет таратуга ия. Эксперименталь һәм симуляцияләнгән Рутерфорд арткы спектры нанопартикларның сыйфатын раслады. Соңыннан яңа әзерләнгән үрнәкләр углерод газы морына эләкте һәм аларны газ сенсоры итеп куллану локальләштерелгән өслек плазмон резонансы ысулы ярдәмендә тикшерелде. Бакыр катлам өстенә никель катламы кушылу морфология ягыннан да, газны ачыклау ягыннан да кызыклы нәтиҗәләр күрсәтте. Нечкә пленка өслеге топографиясенә алдынгы стерео анализның Рутерфорд арткы спектроскопия һәм спектроскопик анализ белән берләшүе бу өлкәдә уникаль.
Соңгы берничә дистә елда һаваның тиз пычрануы, аеруча тиз индустриализация аркасында, тикшерүчеләрне газларны табуның мөһимлеге турында күбрәк белергә этәрде. Металл нанопартиклар (NP) газ сенсорлары өчен перспектив материаллар булып күрсәтелде, хәтта локальләштерелгән плазмон резонансына (LSPR) сәләтле нечкә металл пленкалар белән чагыштырганда, көчле һәм көчле чикләнгән электромагнит белән резонанс булган матдә; кырлар 5,6,7,8. Арзан, аз токсиклы һәм күпкырлы күчү металл буларак, бакыр галимнәр һәм сәнәгать, аеруча сенсор җитештерүчеләр тарафыннан мөһим элемент булып санала9. Икенче яктан, никель күчү металл катализаторлары башка катализаторларга караганда яхшырак эшли10. Cu / Ni-ның наноскалда кулланылуы аларны тагын да мөһимрәк итә, бигрәк тә структур үзенчәлекләре кушылудан соң үзгәрми11,12.
Металл нанопартиклар һәм аларның диэлектрик медиа белән интерфейслары локальләштерелгән өслек плазмон резонансларында зур үзгәрешләр күрсәтсәләр дә, алар шулай итеп газны ачыклау өчен блок булып кулланылдылар13. Сүндерү спектры үзгәргәндә, бу резонант дулкын озынлыгының һәм / яки сеңдерүнең иң югары интенсивлыгының һәм / яки FWHMның өч факторы 1, 2, 3, 4. үзгәрергә мөмкинлеген аңлата. Нанопартикларда плазмон резонансы, нечкә фильмнарда түгел, молекуляр үзләштерүне ачыклау өчен эффектив фактор14, шулай ук Руиз һ.б. күрсәткәнчә. нечкә кисәкчәләр һәм ачыклау эффективлыгы арасындагы бәйләнешне күрсәтте15.
СО газын оптик ачыклауга килгәндә, әдәбиятта AuCo3O416, Au-CuO17 һәм Au-YSZ18 кебек композицион материаллар турында хәбәр иттеләр. Алтынны металл оксидлары белән җыелган асыл металл дип уйлый алабыз, композит өслегендә химик рәвештә кушылган газ молекулаларын табу өчен, ләкин сенсорлар белән төп проблема - аларның бүлмә температурасында реакциясе, аларны үтеп булмый.
Соңгы берничә дистә елда атом көче микроскопиясе (AFM) югары наноскаль резолюциядә өч үлчәмле өслек микроморфологиясен характерлау өчен алдынгы техника буларак кулланылды19,20,21,22. Моннан тыш, стерео, фрактал / мультипракталь анализ 23,24,25,26, көч спектр тыгызлыгы (PSD) 27 һәм Минковски28 функцияләре нечкә фильмнарның өске топографиясен характерлау өчен заманча кораллар.
Бу тикшеренүдә, локальләштерелгән өслек плазмон резонансы (LSPR) үзләштерүгә нигезләнеп, ацетилен (C2H2) Cu / Ni NP эзләре CO газ сенсоры буларак куллану өчен бүлмә температурасында урнаштырылган. Рутерфорд арткы спектроскопия (РБС) AFM рәсемнәрендәге композицияне һәм морфологияне анализлау өчен кулланылды, һәм 3D топографик карталар MountainMap® Premium программасы ярдәмендә эшкәртелде, өслек изотропиясен һәм өске микроэлемтәләрнең барлык өстәмә микроморфологик параметрларын өйрәнү өчен. Икенче яктан, яңа фәнни нәтиҗәләр күрсәтелә, алар сәнәгать процессларында кулланыла ала һәм химик газны табу өчен заявкаларда зур кызыксыну уята. Әдәбият беренче тапкыр бу нанопартикның синтезы, характеристикасы һәм кулланылышы турында хәбәр итә.
Cu / Ni нанопартикларының нечкә фильмы 13,56 МГц электр белән тәэмин ителгән RF-PECVD ко-депозициясе белән әзерләнгән. Метод төрле материаллар һәм зурлыктагы ике электродлы реакторга нигезләнгән. Кечкенәсе - энергияле электрод кебек металл, ә иң зуры бер-берсеннән 5 см ераклыкта тотрыксыз корыч камера аша җиргә салынган. SiO 2 субстратын һәм Cu максатын палатага урнаштырыгыз, аннары палатаны 103 N / m 2 бүлмә температурасында төп басым итеп эвакуацияләгез, палатага ацетилен газын кертегез, аннары әйләнә-тирә басымга басыгыз. Бу адымда ацетилен газын куллануның ике төп сәбәбе бар: беренчедән, ул плазма җитештерү өчен ташучы газ, икенчедән, углерод күләмендә нанопартиклар әзерләү өчен хезмәт итә. Чокырлау процессы 30 минут эчендә башлангыч газ басымында һәм 3,5 N / m2 һәм 80 Вт көче белән башкарылды. Аннары вакуумны өзегез һәм максатны Ni итеп үзгәртегез. Чокырлау процессы баштагы газ басымында һәм 2,5 N / m2 һәм 150 Вт көче белән кабатланды. Ниһаять, ацетилен атмосферасына салынган бакыр һәм никель нанопартиклары бакыр / никель наноструктураларын барлыкка китерәләр. Ampleрнәк әзерләү һәм идентификаторлар өчен 1 нче таблицаны карагыз.
Яңа әзерләнгән үрнәкләрнең 3D рәсемнәре 1 μm × 1 мм квадрат сканер мәйданында нанометр мультимодлы атом көче микроскопы (Санлы Барбара, Калифорния) контакт булмаган режимда 10–20 μm / мин сканер тизлегендә теркәлде. . Белән. MountainsMap® Premium программа тәэминаты 3D AFM топографик карталарын эшкәртү өчен кулланылды. ISO 25178-2: 2012 29,30,31 буенча берничә морфологик параметр документлаштырылган һәм тикшерелә, биеклек, үзәк, күләм, характер, функция, киңлек һәм комбинация билгеләнә.
Яңа әзерләнгән үрнәкләрнең калынлыгы һәм составы MeV заказы буенча югары энергияле Рутерфорд арткы спектроскопия (РБС) ярдәмендә бәяләнде. Газ тикшергәндә, LSPR спектроскопиясе дулкын озынлыгы 350 - 850 нм арасында UV-Vis спектрометры ярдәмендә кулланылган, вәкил үрнәге 5,2 см һәм биеклеге 13,8 см булган ябык дат басмаган корыч кветта булган. чисталыгы 99,9% СО газ агымы тизлегендә (Ариан Газ Co. IRSQ стандарты буенча, 1,6-16 л / с 180 секунд һәм 600 секунд эчендә). Бу адым бүлмә температурасында, әйләнә-тирә дымлылык 19% һәм төтен капотында башкарылды.
Ион тарату техникасы буларак Рутерфорд арткы спектроскопия нечкә фильмнар составын анализлау өчен кулланылачак. Бу уникаль ысул белешмә стандартны кулланмыйча санлаштыру мөмкинлеген бирә. РБС анализы үрнәк буенча MeV тәртибе буенча югары энергияләрне (He2 + ионнары, ягъни альфа кисәкчәләре) һәм билгеле бер почмакта артка таралган He2 + ионнарын үлчәя. SIMNRA коды туры сызыкларны һәм кәкреләрне модельләштерүдә файдалы, һәм аның эксперименталь RBS спектрына туры килүе әзерләнгән үрнәкләрнең сыйфатын күрсәтә. Cu / Ni NP үрнәгенең RBS спектры 1 нче рәсемдә күрсәтелгән, анда кызыл сызык - эксперименталь RBS спектры, һәм зәңгәр сызык - SIMNRA программасының симуляциясе, ике спектраль сызыкның яхшы булуын күреп була. килешү. 1985рнәктәге элементларны ачыклау өчен 1985 кВ энергиясе булган вакыйга нуры кулланылды. Upperгары катламның калынлыгы якынча 40 1E15Atom / cm2, 86% Ni, 0.10% O2, 0.02% C һәм 0.02% Fe. Fe чәчкәндә Ni максатындагы пычраклар белән бәйле. Cu һәм Ni нигезләренең иң югары нокталары тиешенчә 1500 кВ, һәм C һәм O2 биеклекләре тиешенчә 426 кВ һәм 582 кВ. Na, Si һәм Fe адымнары тиешенчә 870 кВ, 983 кВ, 1340 кВ, һәм 1823 кВ.
Cu һәм Cu / Ni NP кино өслекләренең квадрат 3D топографик AFM рәсемнәре Рәсемнәрдә күрсәтелгән. 2. Моннан тыш, һәр рәсемдә күрсәтелгән 2D топографиясе шуны күрсәтә: кино өслегендә күзәтелгән NP сферик формаларга кушыла, һәм бу морфология Годселахи һәм Арманд32 һәм Арманд һ.б. тасвирлаган охшаш. Ләкин, безнең Cu NP агломерацияләнмәде, һәм Cu гына булган үрнәк, тупасракларга караганда, иң югары очлары белән шактый йомшак өслекне күрсәтте (2а рәсем). Киресенчә, CuNi15 һәм CuNi20 үрнәкләрендәге ачык чокырлар ачык сферик формага һәм югары интенсивлыкка ия, 2а һәм б рәсемнәрендә биеклек коэффициенты күрсәткәнчә. Фильм морфологиясендә күренгән үзгәрешләр өслекнең төрле топографик киңлек структураларына ия булуын күрсәтәләр, алар никель чүпләү вакыты тәэсирендә.
Cu (a), CuNi15 (b), һәм CuNi20 (c) нечкә фильмнарның AFM образлары. Eachәрбер рәсемгә тиешле 2D карталар, биеклекне тарату һәм Эбботт Фирестон кәкреләре урнаштырылган.
Нанопартикларның уртача ашлык күләме диаметрны тарату гистограммасыннан бәяләнде, 100 нанопартикны Гаус фитны кулланып, FIG күрсәткәнчә. Күрергә була, Cu һәм CuNi15 уртача ашлык зурлыкларына ия (27,7 һәм 28,8 нм), ә CuNi20 кечерәк бөртекләргә ия (23,2 нм), бу Godselahi һ.б. хәбәр иткән кыйммәткә якын. 34 (якынча 24 нм). Биметалл системаларда локальләштерелгән өслек плазмон резонансының иң югары нокталары ашлык күләменең үзгәрүе белән үзгәрергә мөмкин35. Бу уңайдан, без нәтиҗә ясый алабыз: озын Ni чүпләү вакыты безнең системаның Cu / Ni нечкә фильмнарының плазмоник үзлекләренә тәэсир итә.
AFM топографиясеннән алынган а) Cu, (b) CuNi15, һәм (c) CuNi20 кисәкчәләренең зурлыгы.
Күпчелек морфология шулай ук нечкә фильмнардагы топографик структураларның киңлек конфигурациясендә мөһим роль уйный. 2-нче таблицада AFM картасы белән бәйле биеклеккә нигезләнгән топографик параметрлар күрсәтелгән, алар уртача тупаслык (Sa), шома (Ssk), һәм куртоз (Ску) вакыт кыйммәтләре белән сурәтләнергә мөмкин. Sa кыйммәтләре тиешенчә 1,12 (Cu), 3.17 (CuNi15) һәм 5.34 nm (CuNi20), бу фильмнарның Ni чүпләү вакыты арту белән катлауланганын раслый. Бу кыйммәтләр моңа кадәр Arman et al.33 (1–4 nm), Godselahi et al.34 (1-1.05 nm) һәм Zelu et al.36 (1.91–6.32 nm) белән чагыштырыла, монда охшаш Cu / Ni NP фильмнарын урнаштыру өчен бу ысуллар ярдәмендә бөтерелү башкарылды. Ләкин, Ghosh et al.37 Cu / Ni күпкатлы катламнарны электродепозиция белән урнаштырган һәм тупаслык кыйммәтләрен хәбәр иткән, күрәсең, 13,8 - 36 нм диапазонында. Әйтергә кирәк, төрле чүпләү ысуллары буенча өслек формалашу кинетикасындагы аермалар төрле киңлек формалары белән өслекләр барлыкка килүгә китерергә мөмкин. Шуңа да карамастан, RF-PECVD ысулы Cu / Ni NP фильмнарын алу өчен эффектив, 6.32 нм дан артык булмаган.
Биеклек профиленә килгәндә, Ssk һәм Sku югары тәртипле статистик моментлар, тиешенчә, биеклекне таратуның асимметриясе һәм нормальлеге белән бәйле. Барлык Ssk кыйммәтләре дә уңай (Ssk> 0), озын уң койрыкны күрсәтә38, бу биеклекне бүлү сюжеты белән расланырга мөмкин. Моннан тыш, барлык биеклек профильләре кискен биеклек өстенлек иткән 39 (Ску> 3) , сызыкның күрсәтелүе Биеклекнең таралуы Гаос кыңгыраулы кәкрегә караганда азрак яссы. Биеклекне тарату сюжетындагы кызыл сызык - Эбботт-Фирестон 40 сызыгы, мәгълүматның нормаль бүленешен бәяләү өчен тиешле статистик ысул. Бу сызык гистограмма өстендә тупланган суммадан алынган, монда иң югары чокыр һәм иң тирән чокыр аларның минималь (0%) һәм максималь (100%) кыйммәтләре белән бәйле. Бу Эбботт-Фирестон кәкреләре Y күчәрендә шома S формасына ия һәм барлык очракларда иң кырыс һәм иң көчле чокырдан башлап, капланган мәйдан аша прогрессив артуны күрсәтәләр. Бу битнең киңлек структурасын раслый, бу, нигездә, никель чүпләү вакытына тәэсир итә.
3 нче таблицада AFM рәсемнәреннән алынган һәр өслек белән бәйләнгән махсус ISO морфология параметрлары күрсәтелгән. Билгеле булганча, мәйданның материаль нисбәте (Смр) һәм счетчик мәйданы материаль нисбәт (Smc) - өслек функциональ параметрлары29. Мисал өчен, безнең нәтиҗәләр шуны күрсәтә: өслекнең урта яссылыгы өстендәге төбәк барлык фильмнарда иң югары дәрәҗәдә (Смр = 100%). Ләкин, Смр кыйммәтләре җирнең коэффициентының төрле биеклекләреннән алынган, чөнки Smc параметры билгеле. Smc тәртибе Cu → CuNi20-ның тупаслыгы арту белән аңлатыла, монда CuNi20 өчен алынган иң тупаслык бәясе Smc ~ 13 nm бирә, Cu бәясе якынча 8 нм.
Кушылу параметрлары RMS градиенты (Sdq) һәм эшләнгән интерфейс өлкәсе коэффициенты (Sdr) - текстураның яссылыгы һәм катлаулылыгы белән бәйле параметрлар. Cu → CuNi20 дан Sdq кыйммәтләре 7 дән 21 гә кадәр, Ni катламы 20 минутка салынгач, фильмнардагы топографик тәртип бозулар артуын күрсәтә. Әйтергә кирәк, CuNi20 өслеге Cu кебек яссы түгел. Моннан тыш, Sdr параметрының кыйммәте, микротехниканың катлаулылыгы белән бәйле, Cu → CuNi20 арта. Kamble et al.42 тикшеренүләре буенча, Sdr арту белән өслек микротехникасының катлаулылыгы CuNi20 (Sdr = 945%) Cu фильмнары белән чагыштырганда катлаулырак микросруктурага ия булуын күрсәтә (Sdr = 229%). . Чынлыкта, текстураның микроскопик катлаулылыгының үзгәрүе тупас чокырларның таралуында һәм формасында төп роль уйный, моны иң тыгызлыкның (Spd) характеристик параметрларыннан һәм арифметик урта биеклекнең иярүеннән (Spc) күзәтеп була. Бу уңайдан, Spd Cu → CuNi20 дан арта, бу Ni катлам калынлыгын арттыру белән иң тыгызрак оешканын күрсәтә. Моннан тыш, Spc Cu → CuNi20 дан да арта, бу Cu үрнәгенең иң югары формасының түгәрәкләнгәнен күрсәтә (Spc = 612), ә CuNi20 формасы үткенрәк (Spc = 925).
Filmәр фильмның тупас профиле шулай ук өслекнең иң югары, төп һәм чокырлы өлкәләрендә аерым киңлек үрнәкләрен күрсәтә. Ядрәнең биеклеге (Sk), кимү (Spk) (үзәк өстендә), һәм чокыр (Svk) (үзәк астыннан) 31,43 өслек яссылыгына перпендикуляр үлчәнгән параметрлар һәм Cu → CuNi20 аркасында арту өслекнең тупаслыгы Зур үсеш. Нәкъ шулай ук иң югары материал (Vmp), төп материал (Vmc), буш бушлык (Vvv), һәм төп бушлык күләме (Vvc) 31 Cu → CuNi20 дан барлык кыйммәтләр арту белән бер үк тенденцияне күрсәтәләр. Бу тәртип CuNi20 өслегенең башка үрнәкләргә караганда күбрәк сыеклык тота алуын күрсәтә, бу уңай, бу өслекне сөртү җиңелрәк. Шуңа күрә, шуны әйтергә кирәк: никель катламының калынлыгы CuNi15 → CuNi20 дан арткан саен, топографик профильдәге үзгәрешләр югары тәртипле морфологик параметрлар үзгәрүеннән артта калалар, өслек микротехникасына һәм фильмның киңлек үрнәгенә тәэсир итәләр.
Фильм өслегенең микроскопик текстурасын сыйфатлы бәяләү AFM топографик картасын коммерция тауларыMap45 программасын кулланып алынган. Рендеринг 4-нче рәсемдә күрсәтелгән, анда рәсемле трюк һәм поляр участок күрсәтелгән. 4 нче таблицада уяу һәм урын вариантлары күрсәтелгән. Трубалар рәсемнәре шуны күрсәтә: үрнәктә охшаш каналлар системасы өстенлек итә, трюкларның бертөрлелеге. Шулай да, максималь трюк тирәнлеге (MDF) һәм уртача трюк тирәнлеге (MDEF) Cuдан CuNi20 га кадәр арта, CuNi20 майлау потенциалы турында алдагы күзәтүләрне раслый. Әйтергә кирәк, Cu (4а рәсем) һәм CuNi15 (4б рәсем) бер үк төс таразалары бар, бу Cu кино өслегенең микротехникасы Ni фильмы 15 өчен урнаштырылганнан соң зур үзгәрешләр кичермәгәнен күрсәтә. мин. Киресенчә, CuNi20 үрнәге (4с рәсем) төрле төс таразалары булган бөртекләрне күрсәтә, бу аның югары MDF һәм MDEF кыйммәтләре белән бәйле.
Cu (a), CuNi15 (b), һәм CuNi20 (c) фильмнарының микроэлементларының трубкалары һәм өслек изотропиясе.
Инҗирдәге поляр схема. 4 шулай ук өслек микротехникасының төрле булуын күрсәтә. Шунысы игътибарга лаек: Ni катламы чүпләнү киңлек формасын сизелерлек үзгәртә. Samрнәкләрнең исәпләнгән микротехник изотропиясе 48% (Cu), 80% (CuNi15), һәм 81% (CuNi20) иде. Күрергә була, Ni катламының чүпләнүе күбрәк изотроп микротехника формалаштыруга ярдәм итә, ә бер катлы Cu пленкасы анисотроп өслеге микротехникасына ия. Моннан тыш, CuNi15 һәм CuNi20 доминант киңлек ешлыклары, Cu үрнәкләре белән чагыштырганда, зур автокрелеляция озынлыгы (Sal) 44 аркасында түбәнрәк. Бу шулай ук бу үрнәкләрдә күрсәтелгән охшаш ашлык ориентациясе белән берләштерелгән (Std = 2,5 ° һәм Std = 3,5 °), ә Cu үрнәге өчен бик зур кыйммәт язылган (Std = 121 °). Бу нәтиҗәләргә нигезләнеп, барлык фильмнар төрле морфология, топографик профильләр һәм тупаслык аркасында озын диапазон киңлекләрен күрсәтәләр. Шулай итеп, бу нәтиҗәләр шуны күрсәтә: Ni катламы чүпләнү вакыты CuNi биметалл чәчелгән өслекләр формалашуда мөһим роль уйный.
Cu / Ni NPларның LSPR тәртибен бүлмә температурасында һәм төрле СО газ агымнарында өйрәнү өчен, CuNi15 һәм CuNi20 өчен 5 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, дулкын озынлыгы 350–800 нм диапазонында UV-Vis үзләштерү спектры кулланылды. Төрле газ агымы тыгызлыгын кертеп, LSPR CuNi15 эффектив киңлеге киңәячәк, үзләштерү көчлерәк булачак, һәм иң югары дулкын озынлыкларына күчәчәк, кызыл агым 597,5 нмдан 16 L / h 606,0 nm. 180 секунд эчендә СО агымы, 606,5 нм, СО агымы 16 л / с 600 секунд эчендә. Икенче яктан, CuNi20 башка тәртип күрсәтә, шуңа күрә газ газ агымының артуы LSPR дулкын озынлыгының позициясен (зәңгәр смена) һава агымындагы 600,0 нмнан 589,5 нмга кадәр, 16 л / с CO агымында 180 с. . 16 л / с СО агымы 600 секунд эчендә 589,1 нм. CuNi15дагы кебек, без CuNi20 өчен киңрәк биеклекне һәм үзләштерү интенсивлыгын күрә алабыз. Cu катламы калынлыгының артуы, шулай ук CuNi15 урынына CuNi20 нанопартикларының күләме һәм саны арту белән, Cu һәм Ni кисәкчәләре бер-берсенә якынлашканда, электрон осылуларның амплитудасы арта. , һәм, нәтиҗәдә, ешлык арта. димәк: дулкын озынлыгы кими, зәңгәр смена була.
Пост вакыты: 16-2023 август