XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Введение. Возрастающий уровень развития технологии требует создания материалов с высокими эксплуатационными характеристиками и уникальными физическими и химическими свойствами [1]. Порошки и золи оксида олова широко применяются во многих областях техники и промышленности. Уникальные оптические и электронные свойства наночастиц оксида олова позволяют использовать его в различных устройствах (в гибких дисплеях, лазерах и терапевтических приборах, солнечных батареях, газовых сенсорах).

Золь-гель метод является наиболее предпочтительным из химических методов благодаря его простоте и отсутствии необходимости в специальном оборудовании. Кроме того, с использованием золь-гель технологии можно получать частицы, обладающие необходимыми параметрами в достаточно больших количествах [2].

Модифицировать метод золь-гель синтеза для пленок диоксида олова, можно с помощью допирующих добавок, например фторид-ионов или с помощью выбора более подходящего растворителя.

В данной работе в качестве растворителей использовали такие спирты как: бутанол, пропанол, изопропанол, изобутанол, а в качестве фторид-ионов использовали плавиковую кислоту и фторид натрия.

Также в работе происходит сравнение, полученных ИК-Фурье спектров с разными литературными источниками. Прекурсоры проходят несколько стадий качественных и структурных преобразований, которые фиксируются на ИК-спектрах при сравнении со спектрами стандартных образцов. Это позволяет проанализировать и определить подходы к разработке и адаптации методик по золь-гель синтезу оксида олова.

Экспериментальная часть. Золь-гель методом были изготовлены две группы тонких пленок диоксида олова на стеклянной подложке (ITO), отличающиеся составом пленкообразующего раствора. Раствор для первой группы пленок получали растворением четыреххлористого олова (SnCl₄) в различных растворителях.

Пленкообразующий раствор второй группы состоял из двуххлорисого олова (SnCl₂) или четыреххлористого олова (SnCl₄) с добавкой форида натрия (NaF) или плавиковой кислоты (HF) растворенных в изопропиловом спирте.

Растворы наносили на поверхность предварительно очищенной стеклянной подложки методом полива. Затем проводили сушку подложек в течении длительного времени при температуре 45-50 ⁰С.

Для идентификации веществ использовали ИК-Фурье спектрометр. Съемку спектра проводили на приставке НПВО IRАffinitу-1s. Анализ показал, что все образцы в своем составе имеют диоксид олова, характеристический пик которого обнаруживался в диапазоне 1000 см^-1до 600 см^-1 и соответствует колебанию О-Sn-О.

Результаты и их обсуждение. На рисунке 1 можно видеть ИК-спектр для пленок первой группы.

Рис.1. SnCl₄*5H₂O растворенный в изопропиловом (1) и изобутиловом (2) спирте.

На данном ИК-спектре показаны колебания SnO₂ при длинах волн от 1000 до 600 см^-1. Характерными колебаниями пленочных структур SnО₂ принято считать валентные колебания О-Sn-О на 670 см^-1. Также мы наблюдаем характерный пик на 1600 см^-1 который, предположительно, соответствует деформационным ОН колебаниям воды. На длине волны 2250 – 3650 см^-1 показаныдеформационные колебания H−O−H. В области от 1125 см^-1 до 1000 см^-1 колебания С-О которые, как показано в литературе [3] характерны для вторичных спиртов, что говорит о том, что не удалось отжечь образец и до конца удалить оставшийся растворитель.

Для второй группы пленок также был снят ИК-спектр, который показан на рисунке 2.

Рис.2. ИК-спектр SnCl₂ с добавкой HF (1), SnCl₄ с добавкой NaF и SnCl₄ с добавкой. SnCl₂ (1) и SnCl₄ (2) растворенных в изопропаноле с добавкой HF (3).

На данном рисунке видно влияние фторидов на изменение золя. На представленном ИК-спектре можно видеть колебания связей оксида олова на 1000-600 см^-1, колебания H−O−H при 2250 – 3650 см^-1. Также мы наблюдаем характерный пик на 1600 см^-1 который, предположительно, соответствует деформационным ОН колебаниям воды. Согласно литературе [3] при длине волны от 1250 см^-1до 1000 см^-1 могут быть валентные колебания

C-F. Основываясь на литературу [3] остатки плавиковой кислоты (HF) можно видеть при длинах волн 1450-1230 см^-1.

Для исследования веществ применялся метод УФ-спектроскопии. Особый интерес имеет расчет ширины запрещенной зоны.

Р

(1)

асчет производился по УФ спектрам, снятых на спектрофотометреЮНИКО 2804 - UNIСО 2804. Формула пересчета длины волны( на E_g выражается уравнением (1).

где h – постоянная планка 4,1*10^-15 эВ с,

с- скорость света 3· 10⁸ м/с,

λ-длина волны [4].

Золи первой группы, полученные с помощью SnCl₄*5H₂O растворенного в изобутиловом (1) и изопропиловом (2) спиртах, нанесли на ITO-стекло и проверили на спектрофотометре.

Рис.3. УФ-спектры золей, полученных с помощью изопропанола (1) и изобутанола (2) и нанесенных на ITO-стекло. Координаты А% - nm.

Рис.4. УФ-спектры золей в полученных с помощью изопропанола (1) и изобутанола (2) и нанесенных на ITO-стекло. Координаты А% - E, eV.

Расчеты производились по формуле (1). При длине волны 355 nm ширина запрещенной зоны Еg = 3.46 эВ. По литературным данным [5], значение ширины запрещенной зоны для диоксида олова равно Еg = 3,6 эВ.

Полученные образцы были исследованы на оптическом микроскопе Альтами МЕТ 3Т. Один из удачно полученных образцов, относится ко второй группе пленкообразующих растворов. Из рисунка 5 видно, что пленка получилась стабильная, есть упорядоченность структуры. Заметны выделенные границы зерен образовавшегося покрытия. Поверхность выглядит относительно равномерной.

(2)

Рис.5. Пленка SnO₂ увеличение х5 (1) и х20 (2). Золь, приготовленный из раствора SnCl₂ и изопропанола c добавкой HF.

Заключение. В ходе данной работы были получены пленки диоксида олова золь-гель методом. Были использованы различные добавки для получения золей. Все полученные нами пленки наносились методом полива, затем сушились при температурах 45-50 ^оС длительное время. Идентификация полученных пленок была осуществлена методом ИК-Фурье спектроскопии. Во всех образцах были колебания от 1000 см^-1 до 600 см^-1 характерные для диоксида олова.

Литература

Кравцов А.А. Разработка процессов получения и исследование физико-химических свойств наноматериалов для электронной техники на основе оксидов титана и церия // Ставрополь - 2016. Диссертация - С. 5. - 167.

Кравцов А.А., Блинов А.В., Ясная М.А., Сысоев И.А., Гиш Е.А. Исследование влияния pH реакционной среды на кислотно-основные свойства поверхности наночастиц TiO₂, синтезированного золь-гель методом // Инженерный вестник Дона №1, ч.2 2015 г. Северо-Кавказский федеральный университет, г. Ставрополь С.1. – 3.

Тарасевич Б.Н. ИК спектры основных классов органических соединений // Справочные материалы МГУ имени М.В. Ломоносова, химический факультет, кафедра органической химии Москва 2012 С.4 – С.53.

Мошников В.А., Таиров Ю.М., Хамова Т.В., Шилова О.А. Золь-гель технология микро- и нанокомпозитов: Уч. Пособ. Под ред. О.А.Шиловой, СПб, Изд. Лань, 2013. - 304с

Pan S. Ye S., C., Teng X. M., Li L., and Li G. H., Localized exciton luminescence in nitrogenincorporated SnO₂ thin films, Appl. Phys. Lett. 89 (2006) 251911

Код для цитирования: Скопировать