Электронно-микроскопические исследования структуры поверхностных углеродных и металлических нанообъектов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат наук Гришина Яна Сергеевна

• Гришина Яна Сергеевна
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Гришина Яна Сергеевна

Введение

Глава 1. Современное представление об углеродных нановолокнах и наночастицах металлов

1.1 Углеродные нановолокна

1.1.1 Способы получения и основные свойства углеродных нановолокон

1.1.2 Корневой, вершинный и некаталитический механизмы роста углеродных нановолокон

1.1.3 Характеризация различными методами исследования морфологии и структуры углеродных нановолокон, сформированных при низкой температуре плазмостимулированным химическим осаждением

1.2 Наноразмерные частицы металлов

1.2.1 Получение наночастиц металлов методом вакуумно-термического испарения

1.2.2 Влияние аморфного углерода на поведение наночастиц металлов

1.2.3 Поведение наночастиц металлов на поверхностях различных материалов подложек

1.2.4 Изменения параметра решетки наночастиц металлов

1.3 Выводы по главе

Глава 2. Электронно-микроскопические методы исследования наноматериалов

2.1 Система с электронным и фокусированным ионным пучками

2.2 Приготовление электронно-микроскопических образцов для исследования в просвечивающем электронном микроскопе

2.2.1 Пробоподготовка образцов путем шлифовки, полировки и ионного утонения

2.2.2 Пробоподготовка образцов методом фокусированного ионного пучка In-Situ Lift-Out

2.2.3 Пробоподготовка образцов теневым методом

2.3 Томография наноматериалов с применением фокусированного ионного пучка

2.4 Методы просвечивающей электронной микроскопии для изучения наноматериалов

2.5 Методы обработки полученных данных

2.6 Моделирование высокоразрешающих изображений

2.7 Выводы по главе

Глава 3. Электронно-микроскопические исследования углеродных наностолбиков

3.1 Формирование углеродных наностолбиков методом низкотемпературного плазмостимулированного химического осаждения и пробоподготовка калибровочных образцов

3.2 Растровая электронная микроскопия углеродных наностолбиков

3.3 Пористость углеродных наностолбиков

3.3.1 Процедура ФИП-томографии углеродных наностолбиков

3.3.2 Определение пористости наностолбиков методом ФИП-томографии

3.4. Приготовление образцов для просвечивающей электронной микроскопии

3.4.1 Развитие метода In-Situ Lift-Out для приготовления электронно-микроскопических образцов УНС в планарном и под наклоном к подложке сечениях

3.5 Методы просвечивающей электронной микроскопии для изучения углеродных наностолбиков

3.5.1 Изучение формы и структуры углеродных наностолбиков в поперечном и наклонном сечениях относительно подложки

3.5.2 Исследование изменения структуры углеродных наностолбиков при термической обработке

3.6 Основные этапы формирования углеродных наностолбиков на поверхностях различных материалов

3.7 Выводы по главе

Глава 4. Электронно-микроскопические исследования наночастиц серебра

4.1 Получение наночастиц серебра испарением в вакууме

4.2 Статистический анализ наночастиц серебра

4.3 Изучение влияния низкоэнергетического пучка электронов на отожженные наночастицы серебра на поверхности слоя диоксида кремния

4.4 Развитие метода фокусированного ионного пучка для приготовления поперечных сечений наночастиц серебра без использования защитного покрытия

4.5 Просвечивающая электронная микроскопия наночастиц серебра

4.5.1 Структурные исследования исходных и отожженных наночастиц серебра на поверхностях углеродных фольг

4.5.2 Изучение влияния высокоэнергетических электронов на стабильность

наночастиц на поверхности слоя диоксида кремния и углеродных фольг

4.5.3 Метод измерения параметра решетки наночастиц серебра

4.5.4 Вариация параметра решетки наночастиц серебра на поверхности углеродной

фольги

4.6 Выводы по главе

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электронно-микроскопические исследования структуры поверхностных углеродных и металлических нанообъектов»

Введение

В настоящее время по-прежнему остаются актуальными исследования искусственных углеродных наноматериалов (УНМ), в частности нановолокон, из-за возможности их применения в различных областях науки и техники. УНМ имеют необычную структуру и способны изменять свои физико-химические свойства в зависимости от доли нанокристаллитов, обеспечивающих хорошую электропроводность, химическую и термическую стабильность, большую прочность. Сравнительно недавно с помощью низкотемпературного плазмохимического осаждения из газовой фазы - перспективного метода синтеза стали создавать углеродные наноматериалы на различных подложках без использования катализатора. Среди них можно выделить углеродные наностолбики (УНС), которые малоизучены, и в немногочисленных научных публикациях в основном освещена проблематика исследования влияния условий роста на их морфологию. Настоящая работа посвящена исследованию УНС, образованных в результате объединения между собой углеродных нановолокон (УНВ) и имеющих различную форму, отличную по доле кристаллитов структуру.

Наночастицы (НЧ) металлов также как и УНМ являются перспективным объектом исследования для их дальнейшего использования в современной промышленности. При применении НЧ в электронике, фотонике, микромеханических приборах важным является изучение их размера, формы, стабильности, а также пространственного расположения. Несмотря на то, что исследованию НЧ металлов посвящено множество научных работ, они остаются привлекательным объектом для решения фундаментальных и практических задач. В настоящей работе также изучались наночастицы серебра с размером от 2 до 10 нм, приготовленные методом вакуумно-термического испарения.

Получение достоверных знаний об упомянутых выше УНС и НЧ возможно при помощи непрерывно совершенствующихся электронно-микроскопических методов исследования нанообъектов. Растровая электронная микроскопия может использоваться для исследования морфологии поверхности углеродных наностолбиков и изучения влияния низкоэнергетического пучка электронов на наночастицы. Применение томографии, реализуемой с помощью фокусированного ионного пучка (ФИП), позволит

дополнить представление о морфологии УНС. Для обеспечения понимания структурных особенностей углеродных и металлических нанообъектов необходимо разработать новые и усовершенствовать старые способы использования известных методов препарирования тонких фольг для их изучения в просвечивающем электронном микроскопе (ПЭМ), в частности с помощью электронографии и высокоразрешающей электронной микроскопии (ВРЭМ).

Целью диссертационной работы было изучение особенностей морфологии и структуры углеродных наностолбиков и наночастиц серебра при помощи электронной микроскопии и метода фокусированного ионного пучка.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи диссертационной работы:

1. С помощью растровой электронной микроскопии и метода фокусированного ионного пучка исследовать морфологию и определить пористость углеродных наностолбиков, выращенных низкотемпературным плазмохимическим осаждением из газовой фазы на поверхности монокристаллического №аС1 и кремниевых подложках со слоями № и естественного SiO2. Методами просвечивающей электронной микроскопии изучить структуру углеродных наностолбиков в поперечном и планарном сечениях.

2. Методами просвечивающей электронной микроскопии исследовать и выполнить сравнительный анализ структуры УНС, полученных низкотемпературным плазмохимическим осаждением из газовой фазы и отожженных при температурах 250°С и 700°С.

3. С помощью механического утонения и метода ФИП, не требующего нанесения на нанообъекты слоя защитного покрытия для их предохранения от повреждения ионным пучком, создать тонкую фольгу поперечного сечения с наночастицами серебра, осажденными вакуумно-термическим испарением на кремниевую подложку со слоем 8Ю2. Изучить поведение наночастиц серебра в полученном образце под воздействием электронов с энергией 200 кэВ.

4. С применением высокоразрешающей электронной микроскопии исследовать морфологию и кристаллическую структуру исходных и отожженных при 230°С наночастиц серебра, полученных вакуумно-термическим осаждением на

поверхности тонких фольг аморфного углерода, определить параметр кристаллической решетки монокристаллических наночастиц размером менее 3,5 нм.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Электронно-микроскопическими методами выявлено, что площади поперечных сечений УНС, полученных некаталитическим низкотемпературным плазмохимическим осаждением из газовой фазы на естественном SiO2, увеличиваются от основания до верхних частей, а для УНС на № - до полувысоты, после чего не изменяются. Наностолбики состоят из аморфного и нанокристаллического углерода, доля которого больше вблизи поверхности на полувысоте УНС на естественном SiO2 и почти одинаковая по высоте УНС на №. С помощью ФИП-томографии найдено, что в УНС, сформированных на естественном SiO2 при токе ионов плазмы 3 А, среднее значение пористости составляет около 20 %.

2. Методами просвечивающей электронной микроскопии показано, что отжиг в течение 30 минут при температурах 250°С и 700°С УНС, выращенных на поверхности №, приводит к увеличению доли кристаллитов углерода примерно в 1,7 и 2,1 раза, уменьшению расстояний между их атомными плоскостями (002) с 0,41 нм до 0,39 нм и 0,38 нм соответственно.

3. Облучение электронами с энергией 2 кэВ приводит к коалесценции и, следовательно, к увеличению размеров наночастиц серебра, полученных вакуумно-термическим осаждением, а при 200 кэВ - к их погружению в SiO2, которое наблюдалось в просвечивающем электронном микроскопе на образце поперечного сечения без поверхностного защитного слоя.

4. Методом высокоразрешающей электронной микроскопии установлено, что в зависимости от размера среди исходных и отожженных наночастиц серебра, полученных вакуумно-термическим испарением, выявлены маленькие монокристаллы размером менее 3,5 нм, крупные монокристаллы с двойниками, НЧ икосаэдрической и декаэдрической формы с множественным двойникованием и осями симметрии пятого порядка (от 3,5 до 8 нм), а также в виде ограненных поликристаллических эллипсоидов (от 8 до 10 нм). Показано, что в результате отжига при температуре 230°С общее число наночастиц серебра на поверхности углеродной фольги сократилось примерно в 1,3 раза, при этом количество монокристаллических наночастиц с размером менее 3,5 нм

уменьшилось приблизительно в 2 раза, доля поликристаллических снизилась в 4 раза, а НЧ с икосаэдрической и декаэдрической огранками увеличилась примерно в 1,5 раза.

5. С помощью компьютерной программы, разработанной в среде Ма1ЬаЬ, локально изучена кристаллическая решетка исходных и отожженных монокристаллических НЧ с размером меньше 3,5 нм, сформированных на тонких углеродных фольгах. Средний параметр кристаллической решетки наночастиц, вычисленный через расстояния между колонками атомов в оси зоны <110> и плоскостях (200) и (022), составил 0,408±0,005 нм и хорошо совпадает со значением для объемного серебра.

Практическая значимость диссертационной работы:

1. Установленные в результате электронно-микроскопических исследований особенности структуры углеродных наностолбиков позволяют выявить их влияние на полезные физические свойства материала.

2. Усовершенствованные методы приготовления электронно-микроскопических образцов с применением фокусированного ионного пучка позволяют прецизионно исследовать структуру поверхностных нанообъектов с помощью просвечивающей электронной микроскопии.

3. Предложен способ использования тормозящего потенциала, поданного на предметный столик для уменьшения энергии электронов в растровом электронном микроскопе и, как следствие, повышения качества визуализации пор на изображениях сечений углеродных наностобиков и определения их пористости при помощи ФИП-томографии.

4. Разработана программа для работы с высокоразрешающими электронно-микроскопическими изображениями, позволяющая прецизионно находить центры колонок атомов для локального определения межплоскостных расстояний и параметра кристаллической решетки.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Углеродные наностолбики, выращенные методом низкотемпературного плазмохимического осаждения из газовой фазы на кремниевой подложке с естественным ЗЮ2, состоят из аморфного и двумерно упорядоченного нанокристаллического углерода, расположенного преимущественно вблизи поверхности на полувысоте УНС и ориентированного атомными плоскостями (002) в основном

параллельно направлению роста. Среднее значение пористости в УНС, сформированных на естественном SiO2 при токе ионов плазмы 3 А, составляет приблизительно 20 %.

2. Методом просвечивающей электронной микроскопии установлено, что отжиг УНС на Ni в течение 30 минут при температурах 250°С и 700°С приводит к увеличению доли кристаллитов в окрестности их полувысоты и уменьшению среднего расстояния между атомными плоскостями (002) с 0,41 нм до 0,39 нм и 0,38 нм соответственно.

3. С применением разработанного метода приготовления электронно-микроскопических образцов, не требующего нанесения слоя защитного покрытия на нанообъекты для их предохранения от воздействия фокусированным ионным пучком, показано, что под влиянием электронов с энергией 200 кэВ наночастицы серебра погружаются в SiO2, в процессе сублимации уменьшаются в размере вплоть до полного исчезновения.

4. Наночастицы серебра, полученные вакуумно-термическим испарением, в результате отжига в течение 30 минут при температуре 230°С изменяют свою преимущественную кристаллическую структуру и форму с поликристаллических эллипсоидов и монокристаллических усеченных октаэдров на икосаэдры и декаэдры с множественным двойникованием. Монокристаллические наночастицы с размером меньше 3,5 нм имеют совершенную кристаллическую структуру как до, так и после температурного воздействия, их средний параметр кристаллической решетки близок к значению, характерному для массивного серебра.

Личный вклад диссертанта. Автор диссертационной работы непосредственно участвовал в постановке задач исследования. В электронно-ионном микроскопе Helios NanoLab 650 им были получены микрофотографии УНС для изучения особенностей морфологии их поверхности. Автором проводилась пробоподготовка всех тонких фольг с УНС за исключением электронно-микроскопического образца с наностолбиками на поверхности естественного SiO2, сформированного под наклоном к кремниевой подложке. В просвечивающем электронном микроскопе Philips CM 30 автор получал изображения и картины дифракции от приготовленных им образцов для изучения особенностей структуры УНС и влияния на нее температурного воздействия. Научный руководитель методом ФИП-томографии сформировал образец с наностолбиками и получил изображения их сечений. Автор частично участвовал в отделении материала

УНС от микрофотографий. При этом им полностью проводилось построение трехмерных моделей наностолбиков, определение суммарной пористости в них, ее изменение по высоте во всем массиве и отдельно стоящих УНС.

В электронно-ионном микроскопе Helios NanoLab 650 методом ФИП In-Situ Lift-Out, а также путем шлифовки, полировки и утонения как ионами аргона в установке PIPS, так и с помощью фокусированного ионного пучка автором приготовлены образцы поперечного сечения с НЧ серебра на кремниевых подложках поверх слоев SiO2 различной толщины. Впоследствии при изучении тонких фольг в просвечивающем электронном микроскопе Philips CM 30 им было обнаружено нестабильное поведение НЧ на поверхности диоксида кремния. При работе за прибором Titan Themis 200 с корректором сферической аберрации научный руководитель получил ВРЭМ изображения НЧ серебра на поверхностях a-C и SiO2 до и после воздействия на них высокоэнергетическим пучком электронов. Автором осуществлялась цифровая обработка полученных изображений для проведения статистического анализа, проводилось изучение формы НЧ. С помощью программы, написанной при его участии, определялся параметр и сдвиговая деформация в кристаллической решетке наночастиц. Результаты исследования УНС и НЧ были обобщены автором в формулировках основных положений диссертационной работы.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлены докладами на следующих конференциях и научных семинарах: 19-я, 20-я, 21-я, 22-я, 24-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» (г. Москва, апр. 2012, 2013, 2014, 2015, 2017); Всеукраинская с международным участием конференция молодых ученых «Химия, физика и технология поверхности» (г. Киев, май 2012 г.); Пятая Всероссийская конференция с международным участием «Химия поверхности и нанотехнология» (г. Санкт-Петербург, сент. 2012 г.); Шестой международный научный семинар и Четвертая международная научная школа семинар «Современные методы анализа дифракционных данных и актуальные проблемы рентгеновской оптики» (г. Великий Новгород, авг. 2013); Всероссийская молодежная школа-семинар «Диагностика наноматериалов и наноструктур» (г. Рязань, окт. 2013); XXV, XXVII Российская конференция по электронной микроскопии (г. Черноголовка, июнь 2014, 2016); International Conference «Micro- and Nanoelectronics-2014» (Zvenigorod, oct. 2014); Third

Asian School-Conference on Physics and Technology of Nanostructured Materials (Vladivostok, august 2015).

По материалам диссертации опубликовано 23 работы, включая 7 статей и 16 тезисов на различных конференциях и научных семинарах.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, поставлены цель и задачи исследования, показаны научная новизна, практическая значимость работы, результаты, выносимые на защиту, краткое содержание глав.

В первой главе представлен обзор литературных данных о разновидностях углеродных нановолокон, показаны способы их получения и описаны существующие механизмы роста. Рассмотрено влияние отжига на морфологию и структуру УНВ, сформированных некаталитическим путем низкотемпературным

плазмостимулированным химическим осаждением из газовой фазы.

Также в главе представлены данные о наноразмерных частицах металлов, показаны процессы их образования с помощью метода вакуумно-термического испарения. Рассмотрено влияние высокоэнергетических ионов и электронов на поведение НЧ на поверхности SiO2 и углеродного материала. Приведены результаты рентгеновской и электронной дифракции по определению параметра кристаллической решетки наночастиц металлов с размером до 12 нм и продемонстрированы возможные причины его вариации.

Во второй главе представлены разновидности метода фокусированного ионного пучка In-Situ Lift-Out для приготовления электронно-микроскопических образцов в поперечном и планарных сечениях для изучения в просвечивающем электронном микроскопе. Томография нанообъектов, реализуемая при нахождении образца, из которого формируется серия сечений, внутри массивного материала и за его пределами, рассмотрена в качестве метода получения дополнительной информации о морфологии объекта. Представлены методы просвечивающей электронной микроскопии и процедуры обработки изображений объектов для получения достоверной качественной и количественной информации.

В третьей главе приведены результаты исследования УНС, сформированных на кремниевых подложках поверх слоя никеля и естественного SiO2, а также на монокристаллическом NaCl. Все три вида наностолбиков имеют отличную друг от друга

морфологию поверхности. В УНС на диоксиде кремния при токе ионов 3 А пористость составляет приблизительно 20 %.

Стандартный и дополненный метод ФИП In-Situ Lift-Out использовался для приготовления поперечных и планарных электронно-микроскопических образцов от локальных участков наностолбиков на кремниевых подложках для выявления изменений их формы от основания до верхних частей. С помощью электронографии и ВРЭМ в структуре УНС на монокристаллическом NaCl и естественном SiO2 в кристаллитах углерода найдены приблизительно одинаковые средние значения межплоскостных расстояний, и они несколько выше для наностолбиков на Ni. При этом размер нанокристаллитов в УНС на естественном окисле больше, чем на никеле.

Влияние температур 250°С и 700°С изучено на морфологию и структуру УНС, сформированных на поверхности Ni. Исследование показало, что отжиг приводит к увеличению свободного пространства между наностолбиками. В материале УНС на полувысоте, где на структуру в меньшей степени оказывает влияние подложка, при температурном воздействии увеличивается доля кристаллитов без изменения их среднего размера, уменьшается межплоскостное расстояние между ними.

В четвертой главе изучаются наночастицы серебра с размером от 2 до 10 нм, сформированные на углеродных фольгах и на кремниевых подложках поверх слоев диоксида кремния с разной толщиной. Исследование поведения НЧ на поверхности SiO2 при облучении высокоэнергетическими электронами проводилось в электронно-микроскопическом образце, приготовленном с применением шлифовки, полировки и метода ФИП In-Situ Lift-Out, выполненными последовательно. Для исходных и отожженных наночастиц на a-C с помощью ВРЭМ получены количественные данные об их форме, на локальных участках монокристаллических наночастиц с размером меньше 3,5 нм найден параметр кристаллической решетки.

Глава 1. Современное представление об углеродных нановолокнах и наночастицах металлов

1.1 Углеродные нановолокна

Углерод встречается в свободном состоянии и в виде различных химических соединений, а также имеет множество аллотропных модификаций: алмаз, графит, карбин, фуллерен и др.

Одной из перспективных областей нанотехнологий является синтез наноматериалов, среди многообразия которых для дальнейшего развития наноиндустрии возможно использовать углеродные нановолокна [1]. УНВ имеют форму конуса или цилиндра без внутренней полости с диаметром, изменяющимся от нескольких до сотен нанометров, и длиной от менее чем одного микрометра до миллиметров. Они могут состоять из кристаллитов углерода, расположенных под разными углами относительно оси волокна и чаще всего образующих «стопку конусов» или «чашек». При варьировании условий роста возможно получать УНВ с различной формой и структурой, например, в виде «микродеревьев» [2] или перевернутого микроскопического конуса [3].

Углеродные нановолокна являются перспективным наноматериалом для создания электрохимических конденсаторов с высокой мощностью и плотностью энергии, поскольку имеют большую электропроводность, низкую плотность. Развитая удельная поверхность УНВ за счет пористой структуры, обеспечивающей быстрое прохождение через нее ионов и молекул электролита, улучшает емкость конденсаторов и приводит к снижению их сопротивления. Также УНВ возможно использовать для создания полевых транзисторов, выпрямляющих диодов, квантовых проводов, сверхпрочных конструкционных материалов, эмиттеров электронов, зондов сканирующей зондовой микроскопии и т.д.

1.1.1 Способы получения и основные свойства углеродных нановолокон

Химическое осаждение из газовой фазы широко применяется для создания УНВ практически из любых углеводородсодержащих газов (СпИт(г)), например, из метана

(СН4). Для увеличения скорости процесса разложения газов в зону реакции дополнительно может вводиться водород. В процессе формирования УНВ из (СпНт(г)) образуются сложные промежуточные углеродные соединения с отличной друг от друга формой и структурой. Общее уравнение химической реакции выглядит следующим образом [4]

С„Нт (г)—С(т)+( т/2)Н2(г), (1.1)

где пит - количество атомов углерода и водорода, т/2 - константа равновесия реакции, буквы « г >>, « т >> - соответственно газообразное и твердое состояния вещества.

При невысоких температурах термодинамически выгодным оказывается формирование углеродных нановолокон в результате проведения одного из типов окислительно-восстановительного процесса - диспропорционирование монооксида углерода (СО) [5]

2СО—С+С02. (1.2)

Низкотемпературное плазмостимулированное химическое осаждение [6-9] с типичной схемой установки на рис. 1.1 является сравнительно новым методом, позволяющим создавать углеродные нановолокна, занимающие большую площадь на поверхностях подложек и ориентированные перпендикулярно к ним. Причина такой геометрии расположения УНВ более подробно объяснена ниже. При проведении плазменного процесса роста нановолокон необходимо контролировать следующие характеристики: давление, поток газа, изменение частоты, плотность плазмы, электрические напряжения, потоки различных видов частиц, направленные к поверхности и т. д.

С помощью метода плазмостимулированного химического осаждения в результате химической реакции из СпНт(г) или СО образуются молекулы углерода, которые адсорбируются на поверхностях подложек и формируют нановолокна. Температура роста (ГНТ) ниже 400°С соответствует начальному этапу графитизации структуры углерода [11]. Газоразрядная плазма генерируется при низком давлении 0,1 -10 Торр, а длина свободного пробега электронов и ионов в ней составляет меньше сотен микрометров. С помощью такого метода удается многократно снизить стоимость формирования нановолокон вследствие образования высокой плотности потока молекул углерода в результате большой скорости их осаждения 1 - 10 нм/с. Ускорение процесса

разложения газов происходит за счет плазмы, которая может привести к локальному нагреву поверхности подложек и тем самым способствует увеличению абсорбции и диффузии молекул, а также снижению доли аморфного углерода (а-С) [8].

Катод Г Аг

Рис. 1.1. Схема установки для проведения низкотемпературного плазмостимулированного химического осаждения [10].

Основные физико-механические свойства нановолокон, сформированных с помощью плазмостимулированного химического осаждения, приведены в таблице 1.1 и взяты из нескольких источников [1, 12]. Значения характеристик могут изменяться при их создании другими методами. Длины (/) углеродных нановолокон и нанотрубок сопоставимы, лежат в пределах 50 - 100 мкм, а диаметр (3) УНВ гораздо больше и равен 50 - 200 нм. УНВ имеют высокое значение аспектного соотношения //3, равное 250 -2000, благодаря чему удается улучшить их эмиссионные свойства. Нановолокна имеют высокую тепло- и электропроводность, которые могут снизиться из-за а-С, формирующегося в них помимо нанокристаллитов углерода.

В результате роста скорости потока СпИт(г) [13] увеличивается диаметр нановолокон, и в их структуре образуются небольшие по размеру нанокристаллиты углерода. Это в свою очередь приводит к образованию дефектной структуры УНВ и тем самым во много раз снижает их прочность и эластичность [12, 14]. В [15] показано, что

при температурном воздействии на подложку в течение непродолжительного времени удается значительно уменьшить диаметр УНВ и таким образом улучшить их свойства.

Таблица 1.1. Физико-механические свойства УНВ.

Наименование показателя Значение

Плотность, г/см3 1,78 - 2,15 [1]

Предел прочности, ГПа 2 - 5 [1]

Модуль Юнга, ГПа 80 - 700 [1]

Электропроводность, Ом/см 1 х 10-4 [12]

Теплопроводность, Вт/(мК) 1950 [12]

1.1.2 Корневой, вершинный и некаталитический механизмы роста углеродных нановолокон

На основании результатов, полученных методом высокоразрешающей электронной микроскопии при изучении структуры вертикально ориентированных углеродных нановолокон, развиты модели роста. УНВ могут формироваться путем корневого или вершинного механизмов, которые подробно описаны в многочисленных работах, например, [1, 16, 17], и их упрощенные схемы показаны на рис. 1.2. В обоих случаях для увеличения скорости роста используются катализаторы - наночастицы, например, таких переходных металлов как железо, кобальт, никель, в которых атомы углерода имеют высокую растворимость и скорость диффузии. Если для угла смачивания (9СОп1) выполняется неравенство 9С Оп1 < 90° [18], то между НЧ и подложкой растет сила взаимодействия [17]. В таком случае преобладает корневой рост (рис. 1.2а).

Вершинный механизм образования УНВ представлен на рис. 1.2б, в и для его реализации 9СОп1 > 90°. В начале роста молекулы углеводорода адсорбируются на поверхности наночастицы (А), впоследствии разлагаются (В) и если не диссоциировали, улетучиваются (С). В результате образуются атомы углерода, которые формируют пленку на поверхности НЧ (Б) или растворяются в ней (О). Основной рост УНВ происходит за счет диффузии атомов через наночастицу (Н), когда они направляются к месту ее контакта с подложкой и участвуют в перемещении катализатора от основания к верхней части нановолокон. В [19] показано, что атомы углерода не только

диффундируют в НЧ, но и с высокой скоростью двигаются по ее поверхности и таким образом ускоряют процесс образования кристаллитов углерода (И, I). При использовании для роста УНВ метода низкотемпературного плазмохимического осаждения под воздействием электрического поля и частичной ионизации газа также происходит распыление из-за ионной бомбардировки и химическое травление (Е).

Подложка Подложка

(а) (б) (в)

Рис. 1.2. Механизмы роста УНВ: корневой (а) и вершинный (б, г) [1, 17].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гришина Яна Сергеевна, 2019 год

Список литературы

1. Melechko A.V., Merkulov V.I., McKnight T.E. et al. Vertically aligned carbon nanofibers and related structures: Controlled synthesis and directed assembly // J. Appl. Phys. - 2005. - V. 97. - P. 041301 - 1 - 041301 - 39.

2. Jung Y.J., Wei B., Nugent J. et al. Controlling growth of carbon microtrees // Carbon. -2001. - V. 39. - P. 2195 - 2201.

3. Liu S., Li F., Bai S. Synthesis and Growth Mechanism of Carbon Filaments by Chemical Vapor Deposition without Catalyst // J. Mater. Sci. Technol. - 2009. - V. 25. - №. 2. - P. 259 - 263.

4. Апресян Л.А., Власов Д.В., Власова Т.В. и др. Синтез углеродных нановолокон и нанотрубок в реакторе с активированным водородом // Журнал технической физики. - 2006. - Том 76. - Вып. 12. - С. 92 - 97.

5. Mori S., Suzuki M. Catalyst-free low-temperature growth of carbon nanofibers by microwave plasma-enhanced CVD // Thin Solid Films. - 2009. - V. 517. - P. 4264 -4267.

6. Huang Z. P., Xu J. W., Ren Z. F. Growth of highly oriented carbon nanotubes by plasma-enhanced hot filament chemical vapor deposition // Applied Physics Letters. -1998. - V. 73. - № 26. - P. 3845 - 3847.

7. Meyyappan M., Delzeit L., Cassell A. et al. Carbon nanotube growth by PECVD: a review // Plasma sources sci. technol. - 2003. - V. 12. - P. 205 - 216.

8. Hofmann S., Kleinsorge B., Ducati C. et al. Low-temperature plasma enhanced chemical vapour deposition of carbon nanotubes // Diamond and related materials. -2004. - V. 13. - P. 1171 - 1176.

9. Boskovic B.O., Golovko V.B., Cantoro M. et al. Low temperature synthesis of carbon nanofibres on carbon fibre matrices // Carbon. - 2005. - V. 43. - P. 2643 - 2648.

10. Gromov D. G., Borgardt N. I., Volkov R. L. et al. Specific Features of the Structure and Properties of Carbon Nanocolumns Formed by Low-Temperature Chemical Vapor Deposition // Semiconductors. - 2013. - V. 47. - № 13. - P. 1703 - 1706.

11. Oberlin A. Carbonization and graphitization // Carbon. - 1984. - V. 22. - № 6. - P. 521 - 541.

12. Al-Saleh M.H., Sundararaj U. A review of vapor grown carbon nanofiber/polymer conductive composites // Carbon. - 2009. - V. 47. - P. 2 - 22.

13. Ma H-L, Su D. S., K-H A. et al. Morphologies and microstructures of tree-like carbon produced at different reaction conditions in a CVD process // Carbon. - 2006. - V. 44. -№ 11. - P. 2254 - 2260.

14. Ma P-C, Siddiqui N.A., Marom G. Dispersion and functionalization of carbon nanotubes for polymer-based nanocomposites: a review // Carbon. - 2010. - V. 41. - P. 1345 - 1367.

15. Kyung S. J., Voronko M., Lee Y. H. et al. Growth of carbon nanotubes by atmospheric pressure plasma enhanced chemical vapor deposition using NiCr catalyst // Surf. Coat. Technol. - 2007. - V. 201. - № 20. - P. 5378 - 5382.

16. Toebes M.L., Bitter J.H., van Dillen A.J. et al. Impact of the structure and reactivity of nickel particles on the catalytic growth of carbon nanofibers // Catalysis Today. - 2002.

- V. 76. - P. 33 - 42.

17. Baker R. T. K. Catalytic growth of carbon filaments // Carbon. - 1989. - V. 27. - P. 315 - 323.

18. Thompson C. V. Solid-State Dewetting of Thin Films // Annual Review of Materials Research. - 2012. - V. 42. - P. 399 - 434.

19. Mori S. K., Suzuki M. Effect of oxygen and hydrogen addition on the low-temperature synthesis of carbon nanofibers using a low-temperature CO/Ar DC plasma // Diamond Relat. Mater. - 2008. - V. 17. - P. 999 - 1002.

20. Ban S., Malek K., Huang C. et al. A molecular model for carbon black primary particles with internal nanoporosity // Carbon. - 2011. - V. 49. - P. 3362 - 3370.

21. Lorenz W.J., Staikov G., Schindler W. et al. The role of low-dimensional systems in electrochemical phase formation and dissolution processes // J. Electrochem. Soc. -2002. - V. 149. - P. K47 - K59.

22. Merkulov V I, Melechko A V, Guillorn M A et al. Alignment mechanism of carbon nanofibers produced by plasma-enhanced chemical vapor deposition // Appl. Phys. Lett.

- 2001. - V. 79. - P. 2970 - 2972.

23. Cui H., Yang X., Simpson M.L. et al. Initial growth of vertically aligned carbon nanofibers // Appl. Phys. Lett. - 2004. - V. 84. - № 20. - P. 4077 - 4079.

24. Helveg S., Lopez-Cartes C., Sehested et al. Atomic-scale imaging of carbon nanofibre growth //Nature. - 2004. - V. 427. - P. 426 - 429.

25. Dillon R. O., Woollam J. A., Katkanant V. Use of Raman scattering to investigate disorder and crystallite formation in as-deposited and annealed carbon films // Phys. Rev. - 1984. - V. 29. - № 6. - P. 3482 - 3489.

26. Yang P, Kwok S.C.H., Fu R.K.Y. et al. Structure and properties of annealed amorphous hydrogenated carbon (a-C:H) films for biomedical applications // Surf Coat Technol. - 2004. - V. 177. - P. 747 - 751.

27. Ferrari A.C., Robertson J. Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon // Phys. Rev. - 2000. - V. 61. - № 20. - P. 14095 - 14107.

28. Takagi D., Homma Y., Hibino H. et al. Single-Walled Carbon Nanotube Growth from Highly Activated Metal Nanoparticles // Nano Lett. - 2006. - V. 6. - № 12. - P. 2642 -2645.

29. Cobley C., Skrabalak S., Campbell D. et al. Shape-Controlled Synthesis of Silver Nanoparticles for Plasmonic and Sensing Applications // Plasmonics. - 2009. - V. 4. -P. 171 - 179.

30. Spinelli P., Hebbink M., Waele R. et al. Optical Impedance Matching Using Coupled Plasmonic Nanoparticle Arrays // Nano Lett. - 2011. - V. 11. - № 4. - P. 1760 - 1765.

31. Buesser B., Pratsinis S. E. Morphology and crystallinity of coalescing nanosilver by molecular dynamics // Journal of Physical Chemistry C. - 2015. - V. 119. - P. 10116 -10122.

32. Mock J.J. Shape effects in plasmon resonance of individual colloidal silver nanoparticles // J. Chem. Phys. - 2002. - V. 116. - P. 6755 - 6759.

33. Biskupek J., Kaiser U., Falk F. Heat- and electron-beam-induced transport of gold particles into silicon oxide and silicon studied by in situ high-resolution transmission electron microscopy // Juornal of Electron Microscopy. - 2008. - V. 57. - № 3. - P. 83 - 89.

34. Carles R., Farcau C., Bonafos C. et al. Three Dimensional Design of Silver Nanoparticle Assemblies Embedded in Dielectrics for Raman Spectroscopy Enhancement and Dark-Field Imaging // ACS Nano. - 2011. - V. 5. - P. 8774 -8782.

35. Sharma B, Frontiera R.R., Henry A. et al. SERS: materials, applications, and the future // Mater. Today. - 2012. - V. 15. - P. 16 - 25.

36. Yacaman M.J., Ascencio J.A., Liu H.B. et al. Structure shape and stability of nanometric sized particles // J. Vac. Sci. Technol. - 2001. - V. 19. - P. 1091 - 1103.

37. Wang Z.L. Transmission Electron Microscopy of Shape-Controlled Nanocrystals and Their Assemblies // J. Phys. Chem. - 2000. - V. 104. - P. 1153 - 1175.

38. Cleveland C.L., Landman U. The energetics and structure of nickel clusters: Size dependence // J. Chem. Phys. - 1991. - V. 94. - P. 7376 - 7396.

39. Baletto F., Ferrando R., Fortunelli A. Mottet C. Crossover among structural motifs in transition and noble-metal clusters // J. Chem. Phys. - 2002. - V. 116. - P. 3856 - 3863.

40. Cuenya B.R. Synthesis and catalytic properties of metal nanoparticles: size, shape, support, composition, and oxidation state effects // Thin Solid Films. - 2010. - V. 518.

- P. 3127 - 3150.

41. Kastle G., Boyen H.G., Weigl F. et al. The self-organization of metal loaded micelles -an approach to prepare ordered arrays of metallic nanoislands // Phase Transitions. -2003. - V. 76. - P. 307 - 313.

42. Asanithi P., Chaiyakun S., Limsuvan P. et al. The self-organization of metal loaded micelles - an approach to prepare ordered arrays of metallic nanoislands // Journal of Nanomaterials. - 2012. - V. 2012. - P. 1 - 8.

43. Jensen P. Growth of nanostructures by cluster deposition: Experiments and simple models // Rev. Mod. Phys. - 1999. - V. 71. - P. 1695 - 1735.

44. Gromov D.G., Lebedev E.A., Savitskiy A.I. et al. Investigation of condensation of small portions of Ag at thermal evaporation in vacuum // Journal of Physics: Conference Series. - 2015. - V. 643. -P.012014-1-P.012014-6.

45. Venables J.A. Nucleation and growth of thin films // Rep. Prog. Phys. - 1984. - V. 47.

- P. 399 - 459.

46. Shirakawa H., Komiyama H. Migration-coalescence of Nanoparticles During Deposition of Au, Ag, Cu, and GaAs on Amorphous SiO2 // J. Nanoparticle Research.

- 1999. - V. 1. - № 17. - P. 17 - 30.

47. Prieto G., Tuysuz H., Duyckaerts N. et al. Hollow Nano- and Microstructures as Catalysts // Chem. Rev. - 2016. - V. 116. - P. 14056 - 14119.

48. Burbridge D. J., Crampin S., Viau G. et al. Strategies for the immobilization of nanoparticles using electron beam induced deposition // Nanotechnology. - 2008. - V. 19. - № 445302. - P. 1 - 8.

49. Noriki T., Abe S., Kajikawa K. et al. Patterning technique for gold nanoparticles on substrates using a focused electron beam // Beilstein J. Nanotechnol. - 2015. - V. 6. -P. 1010 - 1015.

50. Morioka D., Nose T., Chikuta T. et al. Fixation mechanisms of nanoparticles on substrates by electron beam irradiation // Beilstein J. Nanotechnol. - 2017. - V. 8. - P. 1523 - 1529.

51. Asoro M.A., Kovar D., Ferreira P.J. Effect of Surface Carbon Coating on Sintering of Silver Nanoparticles: In Situ TEM Observations // Chem. Commun. - 2014. - V. 50. -P. 4835 - 4838.

52. Hu X., Cahill D.G., Averback R.S. Burrowing of Pt nanoparticles into SiO2 during ion-beam irradiation // J. Appl. Phys. - 2002. - V. 92. - № 7. - P. 3995 - 4000.

53. Klimmer A., Ziemann P., Biskupek J. et al. Size-dependent effect of ion bombardment on Au nanoparticles on top of various substrates: thermodynamically dominated capillary forces versus sputtering // Phys. Rev. - 2009. - V. 92. - P. 155427-1 - 15542710.

54. Brongersma M.L., Snoeks E., Polman A. Temperature dependence of MeV heavy ion irradiation-induced viscous flow in SiO2 // Appl. Phys. Lett. - 1997. - V. 71. - P. 1628 -1630.

55. Ghatak J., Bhatta M.U., Sundarave B. et al. Flux dependent MeV self-ion-induced effects on Au nanostructures: dramatic mass transport and nanosilicide formation // Nanotechnology. - 2008. - V. 19. - P. 325602-1 - 325602-9.

56. Satpati B., Satyam P.V., Som T. et al. The surface energy of metals // J. Appl. Phys. -2004. - V. 96. - P. 5212 - 5215.

57. Biskupek J., Kaiser U., Falk F. Heat- and electron-beam-induced transport of gold particles into silicon oxide and silicon studied by in situ high-resolution transmission electron microscopy // J. Electron Microsc. - 2008. - V. 57. - № 3. - P. 83 - 89.

58. Kastle G., Boyen H.G., Weigl F. et al. The self-organization of metal loaded micelles -an approach to prepare ordered arrays of metallic nanoislands // Phase Transitions. -2003. - V. 76. - P. 307 - 313.

59. Chen C.L., Lee J.G., Arakawa K. et al. In situ observations of crystalline-to-liquid and crystalline-to-gas transitions of substrate-supported Ag nanoparticles // Appl. Phys. Lett. - 2010. - V. 96. - P. 253104-1 - 253104-3.

60. Lee J.-G., Lee, J., Tanaka, T. et al. In Situ HREM Observation of Crystalline-to-Gas Transition in Nanometer-Sized Ag Particles // Phys. ReV. Lett. - 2006. - V. 96. - P. 075504-1 - 075504-3.

61. Asoro M.A., Kovar D., Ferreira P.J. In situ Transmission Electron Microscopy Observations of Sublimation in Silver Nanoparticles // ACS Nano. - 2013. - V. 7. - № 9. - P. 7844 - 7852.

62. Gould A. L.; Kadkhodazadeh S., Wagner, J. B. et al. Understanding the Thermal Stability of Silver Nanoparticles Embedded in a-Si // J. Phys. Chem. - 2015. - V. 119. -№ 41. - P. 23767 - 23773.

63. Wassermann H.J., Vermaak J.S. Microstructural investigation of colloidal silver embedded in glass // Surf. Sci. - 1970. - V. 22. - P. 164 - 172.

64. Shyjumon I., Gopinadhan M., Ivanova O. et al. Structural deformation, melting point and lattice parameter studies of size selected silver clusters // Eur. Phys. J. D. - 2006. -V. 37. - P. 409 - 415.

65. Onodera S.J. Lattice parameters of fine copper and silver particles // J Phys Soc Japan. - 1992. - V. 61. - № 7. - P. 2190 - 2193.

66. Cai W., Hofmeister H., Dubiel M. Importance of lattice contraction in surface plasmon resonance shift for free and embedded silver particles // Eur. Phys. J. - 2001. - V. 13. -P. 245 - 253.

67. Du K., Ernst F., Pelsozy M. C. et al. Expansion of interatomic distances in platinum catalyst nanoparticles // Acta Mater. - 2010. - V. 58. - P. 836 - 845.

68. Sneed B.T., Young A.P., Tsung C. Building Up Strain in Colloidal Metal Nanoparticle Catalysts // Nanoscale. - 2015. - V. 7. - P. 12248 - 12265.

69. Qi W. H., Wang M. P. Size and shape dependent lattice parameters of metallic nanoparticles // J. Nanopart. Res. - 2005. - V. 7. - P. 51 - 57.

70. Morris M. C., McMurdie H. F., Evans E. H. et al. // Standard X-ray Diffraction Powder Patterns, Natl. Bur. Stand. Circ. 1976.

71. Hofmeister H., Dubiel M., Goj H. et al. Microstructural investigation of colloidal silver embedded in glass // Iournal of Microscopy. - 1995. - V. 177. - P. 331 - 336.

72. Montano P.A., Schulze W., Tesche B. et al. Extended x-ray-absorption fine-structure study of Ag particles isolated in solid argon // Phys Rev B. - 1984. - V. 30. - P. 672 -677.

73. Bassim N., Scott K., Giannuzzi L.A. Recent advances in focused ion beam technology and applications // MRS Bull. - 2014. - V. 39. - P. 317 - 325.

74. Phifer D., Tuma L., Vystavel T. et al. Improving SEM Imaging Performance Using Beam Deceleration // Micros. Today. - 2009. - V. 17. - P. 40 - 47.

75. Giannuzzi L.A., Stevie F.A. A review of focused ion beam milling techniques for TEM specimen preparation // Micron. - 1999. - V. 30. - P. 197 - 204.

76. Mayer J., Giannuzzi L.A., Kamino T. et al. TEM sample preparation and FIB-induced damage // MRS Bull. - 2007. - V. 32. - P. 400 - 407.

77. Rao D.V.S., Muraleedharan K., Humphreys C.J. TEM specimen preparation techniques // Microscopy: Science, Technology, Applications and Education. - 2010. - P. 1232 -1244.

78. Keim E.G., Bijker M.D., Lodder J.C. Preparation of cross-sectional transmission electron microscopy specimens of obliquely deposited magnetic thin films on a flexible tape // J. Vac. Sci. Technol. A. - 2001. - V. 19. - № 4. - P. 1191 - 1194.

79. Kelly P.J., Arnell R.D. Magnetron sputtering: a review of recent developments and applications // Vacuum. - 2000. - V. 56. - P. 159 - 172.

80. Park Y.M., Ko D.-S., Yi K.-W. et al. Measurement and estimation of temperature rise in TEM sample during ion milling // Ultramicroscopy. - 2007. - V. 107. - № 4. - P. 663 - 668.

81. Giannuzzi L.A., Drown J.L., Brown S.R. et al. Applications of the FIB Lift-Out Technique for TEM Specimen Preparation // Microscopy Res. Techn. - 1998. - V. 41. -№ 4. - P. 285 - 290.

82. Pablo-Navarro J., Magen C., de Teresa J. M. Three-dimensional core-shell ferromagnetic nanowires grown by focused electron beam induced deposition // Nanotechnology. - 2016. - V. 27. - № 285302. - P. 1 - 10.

83. Schaffer M., Schaffer B., Ramasse Q. Sample preparation for atomic-resolution STEM at low voltages by FIB // Ultramicroscopy. - 2012. - V. 114. - P. 62 - 71.

84. Egerton R. F., Li P., Malac M. Radiation damage in the TEM and SEM // Micron. -2004. - V. 35. - P. 399 - 409.

85. Langford R.M., Huang Y.Z., Lozano-Perez S. et al. Preparation of site specific transmission electron microscopy plan-view specimens using a focused ion beam system // Journal of Vacuum Science and Technology. - 2001. - V. 19. - P. 755 - 758.

86. Mayer J., Giannuzzi L.A., Kamino T. et al. TEM Sample Preparation and FIB-Induced Damage // MRS Bull. - 2007. - V. 32. - P. 400 - 407.

87. Jublot M., Texier M. Sample preparation by focused ion beam micromachining fortransmission electron microscopy imaging in front-view // Micron. - 2013. - V. 56. -P. 63 - 67.

88. Vieweg B.F., Butz B., Peukert W. et al. TEM preparation method for site- and orientation-specific sectioning of individual anisotropic nanoparticles based on shadow-FIB geometry // Ultramicroscopy. - 2012. - V. 113. - P. 165 - 170.

89. Holzer L., Indutnyi F., Gasser P. et al. Three-Dimensional Analysis of Porous BaTiO3 Ceramics Using FIB Nanotomography // J. Microsc. - 2004. - V. 216. - P. 84 - 95.

90. Schaffer M., Wagner J. Block lift-out sample preparation for 3D experiments in a dual beam focused ion beam microscope // Microchimica Acta. - 2008. - V. 161. - P. 421 -425.

91. Volkov R.L., Borgardt N.I., Kukin V.N. et. al. Studying Submicron Voids in Pyroboroncarbon with the Focused Ion Beam Technique // Tech. Phys. Lett. - 2013. -V. 39. - № 9. - P. 822 - 824.

92. International tables for crystallography. Vol. B, 2th ed. / ed. by Shmueli U. Oxford: Alden Press, 2001. - 593 p.

93. Yao B., Heinrich H., Barmak K. et al. Hollow-cone dark-field transmission electron microscopy for grain size and dislocation-density quantification of nanocrystalline materials // Micron. - 2011. - V. 42. - № 1. - P. 29 - 35.

94. Yao B., Sun T., Warren A. et al. High contrast hollow-cone dark field transmission electron microscopy for nanocrystalline grain size quantification // Micron. - 2010. - V. 41. - P. 177 - 182.

95. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. Кн. 1: Пер. с англ. / Брандон Д., Каплан У.; Под ред. С. Л. Баженова. М.: Техносфера, 2004. -384 c.

96. Wang Z.L. Transmission Electron Microscopy of Shape-Controlled Nanocrystals and Their Assemblies // J. Phys. Chem. B. - 2000. - V. 104. - P. 1153 - 1175.

97. Ferreira T., Rasband W. S. ImageJ User Guide-IJ 1.46. http: // www. -imagej.nih.gov/ij/docs/guide/. 2010 - 2012.

98. Treacy M.M.J. Pt agglomeration and entombment in single channel zeolites: Pt/LTL // Micropor. Mesopor. Mater. - 1999. - V. 28. - P. 271 - 292.

99. Jung H.J., Kittelson D.B., Zachariah M.R. Kinetics and visualization of soot oxidation using transmission electron microscopy // Combust. Flame. - 2004. - V. 136. - P. 445 -456.

100. Labar J.L. Electron Diffraction Based Analysis of Phase Fractions and Texture in Nanocrystalline Thin Films, Part I: Principles // Microsc. Microanal. - 2008. - V. 14. -№ 4. - P. 287 - 295.

101. Labar J.L. Electron Diffraction Based Analysis of Phase Fractions and Texture in Nanocrystalline Thin Films, Part II: Implementation // Microsc. Microanal. - 2009. - V. 15. - № 1. - P. 20 - 29.

102. Labar J.L., Adamik M., Barna B.P. et al. Electron Diffraction Based Analysis of Phase Fractions and Texture in Nanocrystalline Thin Films, Part III: Application Examples // Microsc. Microanal. - 2012. - V. 18. - № 2. - P. 406 - 420.

103. Rietveld H.M. A profile refinement method for nuclear and magnetic structures // J. Appl. Cryst. - 1969. - V. 2. - P. 65 - 71.

104. Gualtieri M.L., Prudenziati M., Gualtieri A.F. Quantitative determination of the amorphous phase in plasma sprayed alumina coatings using the Rietveld method // Surf Coat Technol. - 2006. - V. 201. - P. 2984 - 2989.

105. Langford J.I. A rapid method for analysing the breadths of diffraction and spectral lines using the Voigt function // J. Appl. Cryst. - 1978. - V. 11. - P. 10 - 14.

106. Advanced computing in electron microscopy / Kirkland E.J.; 2nd edn. New York: Springer, 2010. - 289 p.

107. Zhang B., Wang D., Zhang W. et al. Structural Dynamics of Low-Symmetry Au Nanoparticles Stimulated by Electron Irradiation // Chem. Eur. J. - 2011. - V. 17. - P. 12877 - 12881.

108. Madsen J., Liu P., Wagner J.B. et. al. Accuracy of surface strain measurements from transmission electron microscopy images of nanoparticles // Adv. Struct. Chem. Imag. - 2017. - V. 3. - P. 1 - 12.

109. Haider M., Uhlemann S., Schwan E. et al. Electron microscopy image enhanced // Nature. - 1998. - V. 392. - P. 768 - 769.

110. Hosokawa F., Sawada H., Kondo Y. et al. Development of Cs and Cc correctors for transmission electron microscopy // Microscopy. - 2013. - V. 62. - P. 23 - 41.

111. Келли А., Гровс Г. Кристаллография и дефекты в кристаллах. в 2-х т. пер. с англ. Горина С. Н., Кугаенко О. М., Савченко В. С. - М.: Мир. - 1974. - 496 с.

112. Flores A.B., Robles L.A., Arias M.O. et al. Small metal nanoparticle recognition using digital image analysis and high resolution electron microscopy // Micron. - 2003.

- V. 34. - P. 109 - 118.

113. Ascencio J.A., Gutierrez-Wing C., Espinosa-Pesqueira M. et. al. Structure determination of small particles by HREM imaging: theory and experiment // Surf. Sci.

- 1998. - V. 396. - P. 349 - 368.

114. Ophus C. A fast image simulation algorithm for scanning transmission electron microscopy // Adv Struct Chem Imag. - 2017. - V. 3. - P. 1 - 12.

115. Goodman P., Moodie A.F. Numerical Evaluation of N-Beam Wave Functions in Electron Scattering // Acta Crystallogr. - 1974. - V. 30. - P. 280 - 290.

116. Momma K., Izumi F. VESTA: A three-dimensional visualization system for electronic and structural analysis // J. Appl. Crystallogr. - 2008 - V. 41. - P. 653 - 658.

117. Koch C.T. Determination of core structure periodicity and point defect density along dislocations: A Dissertation presented in partial fulfillment of the requirements for the degree doctor of philosophy. - 2002. - 175 p.

118. Hoyos I.P., Verbeeck J., Aert S.V. Recent Advances of the Open Source MULTEM Program to Provide Accurate and Fast Electron Microscopy Simulations // Microsc. Microanal. - 2017. - V. 23. - P. 206 - 207.

119. Tanaka N., Yamasaki J., Usuda K. et al. First observation of Si02/Si(100) interfaces by spherical aberration-corrected high-resolution transmission electron microscopy // J Elect Microsc. - 2003. - V. 52. - P. 69 - 73.

120. Bowen J. and Cheneler D. On the Origin and Magnitude of Surface Stresses due to Metal Nanofilms // Nanoscale. - 2016. - V. 8. - P. 4245 - 4251.

121. Гришина Я.С, Боргардт Н.И., Волков Р.Л., Громов Д.Г., Дубков C.B. Электронно-микроскопические исследования кристаллитов в углеродных наностолбиках, выращенных методом плазмостимулированного химического осаждения // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2017. - № 2. - C. 51 - 59.

122. Громов Д.Г., Боргардт Н.И., Волков Р.Л., Галперин В.А., Гришина Я.С., Дубков С.В. Особенности структуры и свойств углеродных наностолбиков, сформированных низкотемпературным осаждением из газовой фазы // Известия вузов. Электроника. - 2013. - № 2. - C. 42 - 48.

123. Gromov D., Borgardt N., Grishina Y. et al. Study of growth kinetics of amorphous carbon nanopillars formed by PECVD // Proc. of SPIE. - 2014. - V. 9440. -P. 94400D-1 - 94400D-9.

124. Громов Д.Г. Изучение структуры и свойств массива углеродного наностолбчатого материала / Д.Г. Громов, В.А. Галперин, Я.С. Гришина, С.В. Дубков // Тез. докл. международн. конф. Киев, 15 - 16 мая 2012 г. - С. 11.

125. Громов Д.Г. Исследование структуры и свойств углеродного массива наностолбиков / Д.Г. Громов, С.В. Дубков, Я.С. Гришина, В.А. Галперин // Тез. докл. международн. конф. Санкт-Петербург, 24 - 30 сент. 2012 г. - С. 199 - 200.

126. Gromov D. Study of growth kinetics of amorphous carbon nanopillars formed by PECVD / D. Gromov, N. Borgardt, Y. Grishina, A. Doncova, E. Kirilenko, S. Dubkov // International Conference. Zvenigorod, 6 - 10 oct. 2014 - P. P1 - 11.

127. Dubkov S.V. Study of the process of formation and field emission properties of carbon nanopillars structure / S.V. Dubkov, D.G. Gromov, E.A. Ilyichev, Ya.S. Grishina, N.I. Borgardt, A.V. Sysa, A.A. Dronov, I.M. Gavrilin // School-Conference. Vladivostok, 19 - 26 August. 2013. - P. 201 - 202.

128. Sample Preparation Handbook for Transmission Electron Microscopy. / Ayache J., Beaunier L., Boumendil J., Ehret G., and Laub D.; New York: Springer, 2009. -338 p.

129. Young R., Templeton T., Roussel L. et al. Extreme high-resolution SEM: A paradigm Shift // Microscopy Today. - 2008. - V. 16. - P. 24 - 28.

130. Roussel L., Stokes D., Gestmann I. et al. Extreme high resolution scanning electron microscopy (XHR SEM) and beyond // Proc. of SPIE. - 2009. - V. 7378. - P. 73780W-1 - P. 73780W - 9.

131. Zhang L. L., Zhao X. S., Carbon-based materials as supercapacitor electrodes // Chem. Soc. Rev. - 2009. - V. 38. - P. 2520 - 2531.

132. Гришина Я.С. Препарирование и электронно-микроскопические исследования углеродных наноструктур, выращенных плазмохимическим

осаждением из газовой фазы / Я.С. Гришина // Тез. докл. межвуз. конф. Москва, 18-20 апр. 2012 г. - С. 26.

133. Гришина Я.С. Электронно-микроскопические исследования углеродных наностолбиков, отожженных при разных температурах / Я.С. Гришина // Тез. докл. межвуз. конф. Москва, 23-25 апр. 2014 г. - С. 32.

134. Гришина Я.С. Электронно-микроскопические исследования отожженных углеродных наностолбиков / Н.И. Боргардт, Р.Л. Волков, С.В. Дубков // Тез. докл. российской конф. Черноголовка, 2-7 июня 2014 г. - С. 80 - 81.

135. Гришина Я.С. Изучение электронно-микроскопическими методами морфологии и структуры углеродных наностолбиков в планарной и поперечной проекциях / Я.С. Гришина, С.В. Дубков // Тез. докл. межвуз. конф. Москва, 17 - 19 апр. 2013 г. - С. 43.

136. Гришина Я.С. Электронно-микроскопические исследования углеродных наноструктур, выращенных при низкой температуре методом PECVD / Я.С. Гришина, Р.Л. Волков, С.В. Дубков // Тез. докл. международн. конф. Великий Новгород, 19 - 27 авг. 2013 г. - С. 46 - 48.

137. Гришина Я.С. Применение методов фокусированного ионного пучка для изучения углеродных наностолбиков / Я.С. Гришина, С.В. Дубков // Тез. докл. всероссийской конф. Рязань, 21 - 25 окт. 2013 г. - С. 181 - 187.

138. Волков Р.Л. Применение фокусированного ионного пучка для приготовления ступенчатых тонких фольг / Р.Л. Волков, Я.С. Гришина // Тез. докл. росс. конф. Черноголовка, 2 - 7 июня 2014 г. - С. 382 - 383.

139. Гришина Я.С, Волков Р.Л., Дубков С.В. Современные методы анализа дифракционных данных и актуальные проблемы рентгеновской оптики: сборник материалов и программа Шестого международного научного семинара и Четвертой международной научной школы-семинара / Состав.: Ткаль В.А.: НФ СПбГУСЭ. - Великий Новгород. 2013. С. 46.

140. Ownby P.D., Yang X., Liu J. Calculated X-ray Diffraction Data for Diamond Polytypes // J. Am. Ceram. Soc. - 1992. - V. 75. - № 7. - P. 1876 - 1883.

141. Morniroli J.P., Redjaimia A. Electron precession microdiffraction as a useful tool for the identification of the space group // J. Microsc. - 2007. - V. 227. - P. 157 - 171.

142. Monshi A., Foroughi M., Monshi M. Modified Scherrer equation to estimate more accurately nano-crystallite size using XRD // World J. Nano Sci. Eng. - 2012. -№ 2. - P. 154 - 160.

143. Ferreira T. and Rasband W.S. "ImageJ User Guide — IJ 1.46", URL: http: // www. - imagej.nih.gov/ij/docs/guide/. 2010-2012.

144. ITEM: The TEM imaging platform. Manual. - Munster: Olympus Soft Imaging Solutions GmbH, 2007. - 231 p.

145. Кукин В.Н., Боргардт Н.И., Агафонов А.В. и др. // Письма в ЖТФ. - 2004. Т. 30. - № 9. - С. 76.

146. Кукин В.Н. Электронная микроскопия слоев пироуглерода и углеситалла // Известия РАН. Сер. физическ. - 2011. - Т. 75. - № 9. - С. 1315 - 1319.

147. Yao B., Sun T., Warren A. et al. High contrast hollow-cone dark field transmission electron microscopy for nanocrystalline grain size quantification // Micron.

- 2010. - V. 41. - P. 177 - 182.

148. Гришина Я.С. Электронно-микроскопические исследования кластеров серебра, сформированных на разных подложках / Я.С. Гришина // Тез. докл. межвуз. конф. Москва, 22 - 24 апр. 2015 г. - С. 34.

149. Гришина Я.С. Электронно-микроскопические исследования наночастиц серебра, сформированных на поверхности диоксида кремния / Я.С. Гришина // Тез. докл. межвуз. конф. Москва, 19 - 20 апр. 2017 г. - С. 21.

150. Gromov D., Dubkov S., Savitskiy A. et al. Investigation of Ag Nanoparticles Fusion Process by Subsequent Vacuum Thermal Evaporation // Proceedings of the 2017 IEEE Russia Section Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference ElConRus. - 2017. - P. 1156 - 1159.

151. Гришина Я.С., Боргардт Н.И., Волков Р.Л. и др. // Электронно-микроскопические исследования наночастиц серебра, полученных вакуумно-термическим испарением. Изв. вузов. Электроника. - 2018. - Т. 23. - № 6. - С. 543

- 556.

152. Gromov D.G., Savitskiy A.I., Pavlova L.M. et al. Formation of gold and silver cluster arrays using vacuum-thermal evaporation on a non-heated substrate // Proc. of SPIE. - 2014. - V. 9440. Pp.94400E-1-94400E-10.

153. Gromov D.G., Pavlova L.M., Savitskii A.I. et al. Investigation of the Early Stages of Condensation of Ag and Au on the Amorphous Carbon Surface during Thermal Evaporation under Vacuum // Surface Physics and Thin Films. - 2015. - V. 57. - P. 173 - 180.

154. Tasdizen T. Non-uniform illumination correction in transmission electron microscopy / Tasdizen T., Jurrus E., Whitaker R. // Third MICCAI Workshop. New York, 2008.

155. Ridler T. W., Calvard S. Picture thresholding using an iterative selection method // IEEE Trans. Syst. Man Cybern. - 1978. - V. SMC-8. - №8. - P. 630 - 632.

156. Рабинович С. Г. Погрешности измерений. - Л.: Энергия. - 1978. - 262 с.

157. Zuiderveld K. Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization. Chapter VIII.5, Graphics Gems IV. P.S. Heckbert (Eds.) . - Cambridge, MA: Academic Press. -1994. Pp. 474 - 485.

158. Tanaka M., Takeguchi M., Furuya K. Behavior of metal nanoparticles in the electron beam // Micron. - 2002. - V. 33. - P. 441 - 446.

159. Koga K., Sugawara K. Population statistics of gold nanoparticle morphologies: direct determination by HREM observations // Surf. Sci. - 2003. - V. 529. - P. 23 - 25.

160. Hofmeister H., Tan G. L., Dubiel M. Shape and Internal Structure of Silver Nanoparticles Embedded in Glass // J. Mater. Res. - 2005. - V. 20. - P. 1551 - 1562.

161. Marks L.D. Experimental studies of small particle structure // Rep. Prog. Phys. -1994. - V. 57. - P. 603 - 649.

162. Гришина Я.С. Электронно-микроскопические исследования наночастиц серебра, сформированных на поверхности диоксида кремния / Я.С. Гришина // Тез. докл. межвуз. конф. Москва, 19 - 20 апр. 2017 г. - С. 21.

163. Гришина Я.С. Погружение наночастиц серебра в диоксид кремния под воздействием низкоэнергетических электронов / Я.С. Гришина, Р.Л. Волков // Тез. докл. росс. конф. Черноголовка, 30 мая - 3 июня 2016 г. - С. 58 - 59.

164. Волков Р.Л. In- situ исследование в просвечивающем электронном микроскопе миграции наночастиц серебра в оксиде кремния / Р.Л. Волков, Я.С. Гришина // Тез. докл. росс. конф. Черноголовка, 30 мая - 3 июня 2016 г. - C. 50 -51.

165. Vitos L., Ruban A.V., Skriver H.L. et. al. The surface energy of metals // Surf.Sci. - 1998. - V. 411. - P. 186 - 202.

166. Lu Q., Marks N.,. Schatz G.C. et. al. Nanoscale fracture of tetrahedral amorphous carbon by molecular dynamics:Flaw size insensitivity // Phys. Rev. - 2008 - V. 77. - P. 014109-1-014109-2.

167. Guo H. A Simple Algorithm for Fitting a Gaussian Functions // IEEE Signal Process. Mag. - 2011. - V. 28. - № 5. - P. 134 - 137.

168. Wells F.S., Pan A.V., Wang X.R. et. al. Analysis of low-field isotropic vortex glass containing vortex groups in YBa2Cu3O7-xthin films visualized by scanning SQUID microscopy // Sci. Rep. - 2015. - V. 5. - P. 8677-1 - 8677-5.

169. ГОСТ Р 8.736-2011. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения. - M.: Стандартинформ, 2013. - 24 с.

170. ГОСТ Р 8.697—2010. Государственная система обеспечения единства измерений. Межплоскостные расстояния в кристаллах. Методика выполнения измерений с помощью просвечивающего электронного микроскопа. - M.: Стандартинформ, 2010. - 12 с.