Оптические характеристики полимерных композиционных материалов с квантовыми точками для фотоэлектрических преобразователей и оптоэлектронных устройств хранения данных тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат технических наук Кульбацкий, Дмитрий Михайлович

• Кульбацкий, Дмитрий Михайлович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кульбацкий, Дмитрий Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛН С ПОЛИМЕРНЫМИ НАНОКОМПОЗИТАМИ.

1.1 Особенности применения нанокомпозитов в оптоэлектронике.

1.2 Особенности строения и перспективы применения полимеров в качестве стабилизирующей матрицы.

1.3 Основы взаимодействия оптического излучения с полимерными нанокомпозитами.

1.4 Теория взаимодействия ЭМ излучения со случайно неоднородной оптической средой.

1.5 Теория переноса ЭМ излучения.

1.6. Выводы.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ С КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ.

2.1. Описание полимеров используемых в качестве стабилизирующих матриц.

2.2. Синтез полимерных порошковых композиций на основе стабилизации наночастиц переходных металлов, их оксидов и сульфидов в объеме ПЭВД и на поверхности УПТФЭ.

2.3. Методы исследования синтезированных композитов.

2.4. Технологические методы создания пленочных образцов с объемной стабилизацией наночастиц в матрице.

2.5. Экспериментальная установка и метод измерения оптических характеристик полимерных нанокомпозитов.

2.6. Выводы.

3.1. Железо содержащие нанокомпозиты объемно стабилизированные в матрице ПЭВД.

3.2. Никель содержащие нанокомпозиты объемно стабилизированные в матрице ПЭВД.

3.3. Серебро содержащие нанокомпозиты объемно стабилизированные в матрице ПММА.

3.4. Выводы.

ГЛАВА 4. ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ В ВИДИМОЙ И БЛИЖНЕЙ ОБЛАСТИ ИК-ОБЛАСТИ СПЕКТРА, ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ НАНОЧАСТИЦ СУЛЬФИДА КАДМИЯ И ЦИНКА.

4.1. Наночастицы сульфида кадмия в объеме матрице ПЭВД.

4.2. Наночастицы сульфида кадмия на поверхности УПТФЭ.

4.4. Выводы.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ОПТИЧЕСКИХ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ.

5.1. Просветляющие пленочные структуры на основе наночастиц серебра в матрице ПММА для фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии.

5.2. Оптико-электронное устройство памяти на основе полиэтилена высокого давления с квантовыми точками.

5.3. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптические характеристики полимерных композиционных материалов с квантовыми точками для фотоэлектрических преобразователей и оптоэлектронных устройств хранения данных»

Актуальность проблемы. В современной физике твердого тела широкое внимание уделяется исследованию объектов пониженной размерности, так как переход к приборам на наноструктурах перспективен с точки зрения увеличения быстродействия обработки информации, уменьшения затрат энергии в пересчете на одну логическую операцию, увеличения плотности хранимой информации, улучшения стабильности работы. Кроме этого, наноструктуры могут найти широкое применение в оптических приборах приема и обработки информации. Причиной этого является возможность создания материала с уникальными свойствами, существенно отличающегося от свойств существующих в макроскопическом (массивном) состоянии материалов. Примером может служить возможность изменения показателя преломления [1], создания светофильтров требуемого диапазона [2, 3], изменения края фундаментального оптического поглощения (эффект Бурштейна — Мосса [4]), создание запрещённые зоны для энергий фотонов (фотонные кристаллы [5]), а также получения различного рода динамических нелинейностей на основе квазичастиц [6, 7].

На величину проявляемых свойств нанокомпозита влияют не только размер и структура расположения входящих в него наночастиц металла или полупроводника - «квантовых точек» (КТ), но и материал стабилизирующей матрицы. По этой причине в настоящее время ведутся активные поиски различных сочетаний наночастица-стабилизирующая матрица, а также способа стабилизации, который давал бы максимальный эффект от присутствия наночастиц. На данный момент одним из новых и актуальных направлений решения такого рода задачи является стабилизация наночастиц в различных полимерных матрицах. По этой причине возрастает интерес к использованию органических нанокомпозитных материалов для построения различных устройств в наноэлектронике. Полимерные материалы или высокомолекулярные соединения являются важнейшим классом современных материалов, широко используемых в различных образцах техники, а также в быту. Они отличаются широкими возможностями регулирования состава, структуры и свойств. Основными достоинствами полимерных материалов являются: низкая стоимость, простота массового производства, малая энергоемкость методов получения и переработки, невысокая плотность, низкая теплопроводность, высокие оптические, радио- и электротехнические свойства, высокая стойкость к агрессивным средам, а также к ударным нагрузкам. [8]. Из этого следует, что полимеры представляют собой естественные низкоразмерные системы, достаточно технологические и относительно недорогие по сравнению с искусственно приготовленными неорганическими материалами, обладающие всеми необходимыми свойствами для стабилизации в них различных типов наночастиц. Поэтому в данной работе предлагается использовать именно полимерные нанокомпозиты как перспективный материал для создания устройств оптоэлектроники.

Целью диссертационной работы является установление закономерностей взаимодействия электромагнитных (ЭМ) волн в диапазоне 400-1600 нм с полимерными композитами на основе наночастиц металлов (Бе и Ag) и полупроводников (Сё8 и N10), стабилизированных в объеме матриц полиэтилена высокого давления (ПЭВД) и полиметилметакрилата (ПММА), а также на поверхности ультрадисперсных гранул политетрафторэтилена (УПТФЭ) при температурах в диапазоне 25-75 °С, а также разработка принципов построения новых оптоэлектронных устройств хранения данных и совершенствование фотоэлектрических преобразователей.

Поставленная цель достигалась посредством решения следующих задач:

1. Разработка метода измерения и расчета оптических характеристик (коэффициента рассеяния и поглощения) полимерных нанокомпозитов с учетом возможного изменения температуры образца в диапазоне 25-75 °С в соответствии с выбранной двухпотоковой моделью Кубелки-Мунка.

2. Измерение спектра отражения, а также коллимированного и диффузного пропускания (в диапазоне 400-1600 нм), при различных значениях температуры (в диапазоне 25-75 °С) следующих полимерных нанокомпозитов: Бе, СёБ и N10 в объеме матрицы ПЭВД, Ag в объеме матрицы ПММА и наночастиц СёЭ + ZnS, стабилизированных на поверхности УПТФЭ и находящихся в объеме эпоксидно-диановой смолы.

3. Исследование оптических характеристик полимерных нанокомпозитов в зависимости от массовой концентрации и размера наночастиц при различных температурах.

4. Экспериментальное исследование возможности использования толстых пленок полимерных металлосодержащих нанокомпозитов (0.1-20 масс. % наночастиц в матрице ПММА) в качестве просветляющих покрытий для фотоэлементов, а также разработка методики и измерение увеличения фото-генерируемой мощности солнечных батареи.

5. Исследование зависимости изменения электрофизических характеристик полимерного композита на основе наночастиц СсШ в объеме матрицы ПЭВД под воздействием УФ-излучения, а также электрического поля. Разработка на основе экспериментальных данных принципа работы нового типа оптоэлектронной энергонезависимой памяти.

Научная новизна работы:

• Впервые применена двухпотоковая модель Кубелки-Мунка для исследования полимерных нанокомпозитов в видимой и ближней ИК-области, дающая возможность теоретического расчета двух независимых коэффициентов (поглощения и рассеяния), а также возможность оценки влияния каждого из них на оптическое ослабление излучения в объеме исследуемого материала.

• Получены закономерности влияния массовой концентрации (5-20 %) и размера наночастиц на оптические характеристики полимерных композитов на основе наночастиц СёБ в матрице ПЭВД при комнатной температуре.

• Впервые проведены исследования и получены новые закономерности термооптического поведения полимерных композитов на основе наночастиц Ag и Сс18 в матрице ПММА и ПЭВД соответственно в диапазоне температур 25-75 °С.

• Впервые проведены исследования просветляющих свойств толстых пленок (50-100 мкм), состоящих из металлосодержащего полимерного композита на основе 0.1-20 масс. % наночастиц Ag в матрице ПММА, на поверхности кремневых фотоэлементов. Показано, что после нанесения металлосодержащего полимерного покрытия происходит увеличение фотогенерируемой мощности солнечной батареи более чем на порядок относительно первоначального ее значения.

• Разработан принцип построения нового типа энергонезависимой оптоэлектронной памяти на квантовых точках (КТ) с возможностью записи лазерным лучом.

Научная и практическая значимость работы состоит том, что впервые исследованы основные оптические характеристики (поглощение, рассеяние и дисперсия) полимерных нанокомпозитных материалов в диапазоне 400-1600 нм в температурном интервале 25-75 °С; выявлены их особенности и закономерности, которые могут найти применение в реальных оптоэлектронных устройствах и их элементах. На основе полученных результатов измерений предложено использовать в качестве эффективных просветляющих покрытий толстые пленки (50-100 мкм) металлосодержащих нанокомпозитов. Преимущество таких покрытий по сравнению с просветляющими покрытиями на оптически согласующих пленках, заключается в относительной технологической простоте нанесения, высокой просветляющей способности (коэффициент прозрачности 95-98 %) при малой изрезанности спектральной характеристики. Результатом просветления является увеличение фотогенерируемой мощности солнечной батареи более чем на порядок.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы при разработке различных устройств оптоэлектроники, включая фотопреобразователи разного назначения, в т.ч. солнечные батареи, а также для создания нового оптоэлектронного типа энергонезависимой памяти на KT, имеющей большие перспективы к увеличению плотности хранимой информации.

Достоверность полученных научных результатов обусловлена строгостью применяемых математических теорий и воспроизводимостью экспериментальных результатов. Экспериментальные данные подтверждались независимыми исследованиями на двухлучевом спектрофотометре CARY 2415 производства фирмы VARIAN (USA), а также на прецизионном спектрофотометре Lambda 950.

На защиту выносятся следующие положения и результаты:

1. Для полимерных композитов на основе наночастиц CdS в объеме матрицы ПЭВД в диапазоне оптических длин волн 590-900 нм имеет место закономерность изменения коэффициента поглощения от размера и массовой концентрацией наночастиц. Согласно полученной закономерности уменьшение размера наночастиц и (или) уменьшения их массовой концентрации в объеме ПЭВД приводит к увеличению коэффициента поглощения и его смещению в сторону коротких длин волн, при комнатной температуре.

2. Полимерным композитам на основе наночастиц СсЙ в объеме матрицы ПЭВД присуще наличие выпуклой функциональной зависимости коэффициента поглощения от температуры при нагреве (25-70 °С с максимумом при 55 °С) и охлаждении (70-55 °С) с образованием термооптического гистерезиса в интервале температур 55-70 °С при оптических длинах волн 650-900 нм.

3. Нанесение толстой пленки (50-100 мкм) полимерного композита с 0.115 масс. % наночастиц Ag в матрице ПММА увеличивает фотогенерируемую мощность солнечной батареи, состоящей из поликристаллического кремния, более чем на порядок относительно первоначального ее значения.

4. Разработан принцип построения нового типа оптоэлектронной энергонезависимой памяти на КТ для хранения и переноса цифровой информации на основе анализа экспериментальных данных по изменению электрофизических параметров полимерных нанокомпозитов после воздействия на них лазерным излучением, а также электрическим полем.

Личный вклад диссертанта и результаты, полученные с другими исследователями. Основные результаты диссертации получены автором лично. Постановка ряда задач, разработка методов их решения, объяснения и интерпретация результатов были осуществлены совместно с научным руководителем и другими соавторами научных работ, опубликованных соискателем.

Работа выполнена на филиале кафедры «Радиотехника» Саратовского государственного технического университета при Саратовском филиале института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН.

Гранты. Работа выполнялась при финансовой поддержке: Российского фонда фундаментальных исследований (гранты РФФИ 06-08-01011), Министерства образования и науки РФ (грант РНП 2.1.1.8014 и РНП 2.1.1/575), а также Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (программа «У.М.Н.И.К.»).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на российских и международных конференциях: «Nanostructures: Physics and Technology» (Minsk, Belarus, 2009); «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика» (Саратов, 2009); «Nanostructures: Physics and Technology» (Vladivostok, Russia, 2008); «Радиотехника и связь» (Саратов, 2008); 4-nd International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers (CAOL'2008) (Alushta, Crimea, Ukraine); «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, 2008); «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика» (Саратов, 2008); Международном научно-техническом конгрессе термистов и металловедов (Харьков, Украина, 2008); «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2008); 11-й Международной молодежной научной школе по оптике, лазерной физике и биофизике (Саратов, 2007); «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика» (Саратов, 2007); «Электроника и вакуумная техника: приборы и устройства. Технология» ФГУП «Научно-производственное предприятие «Контакт»» (Саратов, 2007); «Радиотехника и связь» (Саратов, 2007); «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, 2007).

Публикации. По материалам диссертации автором опубликовано 20 ч печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы из 90 наименований. Объем работы составляет 195 страниц текста, включая 96 рисунков, 3 таблиц и 46 формул.

Заключение диссертации по теме «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и нано- электроника на квантовых эффектах», Кульбацкий, Дмитрий Михайлович

Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований полученные при выполнении данной диссертационной работы могут быть использованы при разработке различных устройств оптоэлектроники, включая фотопреобразователи разного назначения, в т.ч. солнечные батареи, а также для создания нового оптоэлектронного типа энергонезависимой памяти на КТ, имеющей большие перспективы к увеличению плотности хранимой информации по сравнению с Flash технологией.

СПИСОК ЦИТИРУЕМЫХ источников

1.Розенберг Г.В. Современное состояние теории оптических свойств полупрозрачных металлических покрытий / УФН. 1956. -Т. 58. -Вып. 3. -С. 487-518.

2. Эфрос Ал.Л., Эфрос А.Л. Межзонное поглощение в полупроводниковом шаре // Физика и техника полупроводников. 1982. -Т. 16. № 7. -С. 1209-1214.

3. Екимов А.И., Онущенко A.A. Размерное квантование энергетического спектра электронов в микрокристаллах полупроводников // Письма в ЖЭТФ. 1984. -Т. 40. -Вып. 8. -С.337-340.

4. Мосс Т., Баррел Г., Эллис Б Полупроводниковая оптоэлектроника. М.: "Мир", 1976, -431 с

5. Голубев В.Г., Курдюков Д.А., Певцов А.Б. и др. Гистерезис фотонной зоны в фотонном кристалле V02 при фазовом переходе полупроводник-металл // ФТП. 2002. Т. 36. № 9. С. 1122-1127.

6. Кособукин В.А. Экситонные поляритоны и их одномерная локализация в неупорядоченных структурах с квантовыми ямами // физика твердого тела. 2003, -Т.45. -Вып. 12. -С. 1091-1177.

7. Shinada M., Sugano S. Interband Optical Transitions in Extremely Anisotropic Semiconductors. I. Bound and Unbound Exciton Absorption // J. Phys. Soc. Japan. -1966. -Vol. 21. -P. 1936-1946.

8. Казарновский Д.М., Яманов С.А. Радиотехнические материалы. -M.: "Высшая школа", 1972. -312 с.

9. Головань Л.А., Тимошенко В.Ю., Кашкаров П.К. Оптические свойства нанокомпозитов на основе пористых систем // УФН. 2007. -Т. 177. -№6. -С. 619-638.

10. Марта нес-Дуарт Дж.М., Мартин-Палма Р.Дж., Агулло-Руеда Ф. Нанотехнологии для микро- и оптоэлектроники // -М: Техносфера, -2007. -368 с.

11. Триботехническое материаловедение и триботехнология: учеб. пособие / Н.Е. Денисова, В.А. Шорин, И.Н. Гонтарь и др./ Под общей ред. Н.Е.Денисовой -Пенза: ПГУ, 2006. 2006. -248 с.

12. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников // -М.: Наука, -1978.

13. Лифшец И.М., Азбель М.Я., Каганов М.И. Электронная теория металлов // -М.: Наука, -1971.

14. Кузнецова И.А., Юшканов А.А., Хадчукаев P.P. Высокочастотная проводимость тонкой полупроводниковой цилиндрической проволоки при произвольной температуре // Физика и техника полупроводников, -2009. -Т. 43. -Вып. 5.

15. Duncan Andrew J., Mackay Tom G. On the Bergman-Milton bounds for the homogenization of dielectric composite materials // Optics Communications. -2007. -Vol. 271. -Issue 2. -P. 470-474.

16. Sipe J.E., Boyd Robert W. Nonlinear susceptibility of composite optical materials in the Maxwell Garnett model // Phys. Rev. A. -1992. -Vol. 46. -Issue 3 -P. 1614- 1629.

17. Kashkarov P.K., Golovan L.A., Fedotov A.B. et al. Photonic bandgap materials and birefringent layers based on anisotropically nanostructured silicon // J. Opt. Soc. Am. B. -Vol. 19. - Issue 9. -2002. -P. 2273-2281.

18. Polina O. Anikeeva, Jonathan E. Halpert, Moungi G. Bawendi, and Vladimir Bulovi Electroluminescence from a Mixed Red-Green-Blue Colloidal Quantum Dot Monolayer // Nano Lett., 2007, 7 (8), pp 2196-2200.

19. http://gizmod.ru/2007/04/ll/sony pokazyvaet novye fed-displei/

20. Шиповская А.Б., Кленин В.И., Сударушкин Ю.К. Реалогия полимерных систем: Учеб. пособие. // -Саратов: СГУ. -1999. -64 с.

21. Илюшин A.C., Простомолотова E.B. Основы физики полимеров // - М.: Физический факультет МГУ. -2005. -36 с.

22. Гольдфейн М.Д. Карнаухова Л.И. Основы физики синтетических и природных макромолекул: Учеб. пособие // -Саратов.: СГУ. -1998. -116 с.

23. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2197.html

24. Свирская С.Н., Трубников И.Л. Строение и классификация полимеров: Методическое пособие // -Ростов-на-Дону.: ЮФУ. -2007. -22 с.

25. Марихин В. А. Мясникова Л. П. Надмолекулярная структура полимеров. // Л. 1977.

26. Кособудский И.Д., Симаков В.В., Ушаков Н.М., Юрков Г.Ю. Физическая химия наноразмерных объектов: композиционные материалы // -Саратов: СГТУ, -2008. -230 с.

27. Тучин В.В. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях // -Саратов: СГУ, -1998. -384 с.

28. Ворох A.C., Ремпель A.A. Атомная структура наночастиц кадмия // Физика твердого тела, 2007. -Т. 49. Вып. 1,6 с.

29. Cheong Wai-Fung, Prahl Scott A., Welch Ashley J. A Review of the Optical Properties of Biological Tissues // IEEE journal of quantum electronics. -1990. -Vol. 26. -no. 12. -P. 1166-1185.

30. Морохов И.Д., Трусов Л.И., Лаповок B.H. Физические явления в ультрадисперсных средах // -М.: Энергоатомиздат, 1984. -224 с.

31. Christensen N.E., Seraphin В.О. - phys. Rev., 1971, v. B4, p. 1715.

32. Розенберг Г.В. Абсорбционная спектроскопия диспергированный веществ // УФН, 1959. -Т.69. -Вып. 1. -С. 57-104.

33. Калитеевский М.А., Николоев В.В., Abram R.A. Статистика собственных состояний и оптические свойства одномерных разупорядоченных фотонных кристалов // ФТТ, 2005. -Т. 47. - Вып. 10. -С. 1871-1880.

34. Клюй Н.И., Литовченко В.Г., Лукьянов А.Н. и др. Влияние условий осаждения на просветляющие свойства алмазоподобных углеродных пленок для солнечных элементов на основе кремния // ЖТФ. 2006. -Т. 76. -Вып. 5.

35. Бьёркен Дж.Д., Дрелл С.Д. Релятивистская квантовая теория. Том 2: релятивистские квантовые поля // ИО НФМИ, 2000. -704 с.

36. Денисова H.A., Резвое A.B. О соотношениях Крамерса-кронига для спектрального коэффициента отражения слоистой диспергирующей среды // Вычислительные алгоритмы и методы, 1990. -Т. 2. -№6. С. 90-96.

37. Виноградов А.П. Электродинамика композитных сред. /Под ред. Б.З. КаценеленбаумаМ.: Эдиториал: УРСС, 2001.-208 с.

38. Иванов В.К. Электронные свойства металлических кластеров / Соросовский образовательный журнал, 1999. №8. -С. 97-102.

39. Литвинов О.С., Павлов К.Б., Горелик B.C. Электромагнитные волны и оптика: Физика в техническом университете том 4 / Под ред. Л.К. Мартинсона, А.Н. Морозова // МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.

40. Курбацкий В.П., Погосов В.В. Низкочастотное оптическое поглощение малыми металлическими частицами / Письма в ЖЭТФ, 2000, -Т. 26, -Вып. 22.

41. Hippel A.R. von Dielectrics and Waves. Artech House, London, 1995.

42. Лоренц Г.А. Теория электронов и ее приложения. // -М.: Гостехизд., 1948.

43. Collin R.E. Field Theory of Guided Waves. IEEE Press, NY-Philad., 1991.

44. Василевский М.И., Паула A.M., Акинкина Е.И., Анда E.B. Влияние дисперсии размеров на оптическое поглощение системы полупроводниковых квантовых точек // Физика и техника полупроводников, 1998. -Т. 32, №11.

45. Желтиков A.M. Правила сложения групповых скоростей в нанокомпозитных материалах и фотонных кристаллах // ПЖТФ, -Т. 79. -Вып. 2. -С. 65-69.

46. Sedelnikova O.V., Gavrilov N.N., Bulusheva L.G., Okotrub A.V. Maxwell-Garnett description of permittivity of onion-like carbon - polystyrene composites // отправлена в Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics

47. Hayes W., Loudon R. Scattering of light by crystals (Wiley, N. Y., 1978).

48. Stratton J. Electromagnetic theory, McGraw Hill, New York, 1941 (перевод Стрэттон Д.А. Теория электромагнетизма пер. С англ. -М. -JT Гостехиздат, 1948).

49. Исимару А. Распространение и рассеивания волн в случайно неоднородных средах: В 2-х томах. // -М.: Мир, -1981. -Т. 1-2.

50. Кленин В.И., Щеголев С.Ю., Лаврушин В.И. Характеристические функции светорассеяния диспесных систем. Изд-во СГУ. Саратов, 1977. 176с.

51. Воробьева Е.А., Гуров И. П. Модели распространения и рассеяния оптического излучения в случайно неоднородных средах // -М.: Медицина, 2006.-136 с.

52. Мешков В.З. Преобразование Радона: Учебно-методическое пособие. -Воронеж: Изд-во ВГУ, 2005. - 15 с.

53. Furutsu, К. Multiple scattering of waves in a medium of randomly distributed particles and derivation of the transport equation // Radio Sci., 1975. -Vol. 10. -Issuel. -P. 29-44.

54. Кочубей В.И., Башкатов A.H. Спектроскопия рассеивающих сред: Учеб. Пособие // -Саратов: «Новый ветер», 2008. -96 с.

55. Игнатьева Л.Н., Бузник В.М. ИК-спектроскопические исследования политетрафторэтилена и его модифицированных форм // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева), 2008. -Т. LII, № 3 -С. 139-146.

56. Пономарева К.Ю. Синтез и свойства наночастиц сульфида кадмия в полимерной матрице / К.Ю. Пономарева, И.Д. Кособудский, Е.В. Третьяченко и др. // Неорганические материалы. -2007. -Т. 50. - № 11. - С. 1350-1361.

57. Watson В. P., Leath P. L. Conductivity in the two dimensional problem. / Watson B. P., Leath P. L. // Phys. Rev. 1974. -Vol. B9.-P. 4893-4899.

58. Levinstein M. E. Critical indexes of conductivity in two dimensional percolation problems. // J. Phys.- 1977.- v. CIO.- pp. 1895-1900.

59. Перепелкин K.E. Структура и свойства волокон. М.: Химия, 1985. 208 с.

60. Николаев А.Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе // Л.: Химия, 1966. -768 с.

64. Кульбацкий Д.М. Исследование оптических характеристик композитных материалов на основе наночастиц сульфида кадмия стабилизированных в матрице полиэтилена высокого давления / Д.М. Кульбацкий, Н.М. Ушаков, Г.Ю. Юрков, В .Я. Подвигалкин // Оптика и спектроскопия. -2009. -Т. 106, №5. -С.780-784.

66. Шашлов А.Б., Уарова P.M., Чуркин А.В. Основы светотехники. -М.: МГУП, 2002.- 280 с.

67. Ушаков Н.М., Кочубей В.И., Запсис К.В. и др. Оптические свойства металлополимерных нанокомпозитов на основе железа и полиэтилена высокого давления // Оптика и спектроскопия. 2004. -Т. 96. № 5. -С. 868-873.

68. Казицина Л.А., Куплецкая Л.Б. Применение УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопии в органической химии. Уч. пособие для вузов. М.: Высш. школа. 1971. С. 264.

69. Закревский В.А., Пахотин В.А. Автоионизационный механизм разрыва химических связей в макромолекулах. // Высокомолекулярные соединения. -1981.-Т. 23. -№ 3. С. 658-662.

70. Бекман И.Н. Радиционная химия полимеров // http.V/profbeckman. narod.ru/RR0. files/L 135 .pdf

71.Azzoni С.В. Electron paramagnetic resonance response and magnetic interactions in ordered solid solutions of lithium nickel oxides / C.B. Azzoni, A. Paleari, V. Massarotti, D. Capsoni // J. Phys.: Condens. Matter 8. -1996. -P. 73397347.

72. Шаблаев С.И., Писарев P.B. Гигантское нелинейное поглощение а антиферромагнетике NiO // Физика твердого тела, 2003. -Т. 45, -Вып.9. -С. 1660-1663.

73. Агринская Н.В. Молекулярная электроника // http://edu.ioffe.rn/edu/ molecularel.html

74. http://omlc.ogi.edu/software/iad/

75. Кособукин В.А. Резонансное упругое рассеяние света квантовой ямой со статистически неровными границами / Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 2. -С.330-336.

76. Кособукин В.А., Селькин A.B. Упругое рассеяние света на флуктуациях экситонной поляризации квантовой ямы в микрорезонаторе // Физика твердого тела, 2000. -Т. 42. -Вып. 10. -С. 1863-1868.

77. Днепровский B.C. Экситоны перестали быть экзотическими квазичастицами / Соровский образовательный журнал, 2000. -Т. 6. №8 с. 88-92.

78. Оптические свойства экситонов в CdS пол у проводник-диэлектрик квантовых нитях/ С.А. Гаврилов [и др.] // Письма в ЖЭТФ, 1999. -Т. 70. Вып. 3.-С. 216-219.

79. Белявский В.И. Экситоны в низкоразмерных системах // Соровский образовательный журнал, 1997. №5 С. 93-99.

80. Ткач Н.В., Маханец A.M., Зегря Г.Г. Электроны, дырки и экситоны в сверх решетке цилиндрических квантовых точек с предельно слабой связью квазичастиц между слоями квантовых точек // ФТП, 2002. -Т. 36. -Вып. 5. -С. 543-549.

81. Кульбацкий Д.М. Термооптические свойства композитных материалов на основе наночастиц сульфида кадмия в матрице полиэтилена высокого давления / Д.М. Кульбацкий, Н.М. Ушаков, И.Д. Кособудский, В.Я. Подвигалкин // Письма в ЖТФ. -2009. -Т. 35, вып. 13. -С.103-110.

82. Кульбацкий Д.М. Оптические свойства композитных материалов на основе наночастиц сульфидов d-металлов на поверхности ультрадисперсного политетрафторэтилена объемно стабилизированного в различных инертных матрицах / Д.М. Кульбацкий, К.А. Разумов // Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика : Матер. IV конф. молодых ученых. -Саратов. -2009. -С.59-61.

83. Новое поколение солнечных батарей // http://aenergy.ru/513

84. Кульбацкий Д.М. Влияние режима синтеза в неравномерной плазме СВЧ газового разряда на фундаментальные свойства наноразмерного пленочного кремния и его соединений / Д.М. Кульбацкий, Д.В. Нефедов, С.И. Семенов, Р.К. Яфаров // Вестник Саратовского государственного технического университета. -2007. -Вып. 2, №4(29). -С.121-129.

85. Крылова Т.Н. Интерференционные покрытия. // - JL: Машиностроение, 1973 -224 с.

86. Гадомский О.Н., Алтунин К.К. Ушаков Н.М. Идеальное оптическое просветление композитных пленок, активированных сферическими наночастицами / ПЖТФ, 2009. -Т. 90, -Вып. 4. -С. 273-278.

87. Гадомский О.Н., Кадочкин А. С. Метаструктурные системы из активированных наношаров и оптические ближнепольные резонансы // Оптика и спектроскопия. 2005. -Т. 98, -Вып. 2, -С. 300-308.

88. Flash Memory Cells-An Overview. Paolo Pavan, Roberto Bez, Piero Olivo, and Enrico Zanoni, Proceedings of the IEEE, 1997. Vol. 85, No. 8, -P. 1248-1271.

89. Anand Lai Shimpi The SSD Anthology: Understanding SSDs and New Drives from OCZ // http://www.anandtech.com/storage/showdoc.aspx?i=3531&p=8&cp= l#comments

90. Кульбацкий Д.М. Новый тип оптикоэлектрической энегонезависимой памяти на полимерных нанокомпозитных пленках / Д.М. Кульбацкий, А.Н. Ульзутуев, Н.М. Ушаков // 8 Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы электронного приборостроения», 2008. -Саратов. -С.147-151.

РОССИЯ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

410052,г.Саратов,проспект 50 лет Октября, ] 01

Тел /факс [phone] Е-таП гсЬуо1^с1 @ Бал, ги

На № у/

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе проведено исследование оптических спектров в диапазоне 400-1600 нм при различных температурах 25-80 °С следующих полимерных нанокомпозитов:

• На основе наночастиц металла (Бе) и полупроводников (СсШ и N10) в объеме стабилизирующей матрицы полиэтилена высокого давления.

• На основе наночастиц металла (Ag) в объеме стабилизирующей матрицы полиметилметакрилата.

• На основе наночастиц полупроводников (СёЭ + 7п8) на поверхности ультра дисперсных гранул политетрафторэтилена находящихся в объеме эпоксидно-диановой смолы.

Особенность данной диссертационной работы стало использование математической обработки экспериментальных данных на основе двух поточной модели Кубелки-Мунка, основанной на диффузном приближении теории переноса. Результатом данной математической обработки является разделение общих оптических потерь в объеме полимерного нанокомпозита на экстинкцию и рассеяние. В результате появилась возможность исследовать оптическое поглощение в отдельности от рассеяния оптического излучения вызванное неоднородность структуры полимера и наличия наночастиц. Проведенные исследования показали следующие основные результаты: • Оптический спектр поглощения полимерного композита на основе наночастиц Бе в матрице ПЭВД при комнатных температурах характеризуется широким пиком в диапазоне 800-1500 нм и рядом локальных пиков на нем. Локализованные пики наблюдаются при комнатной температуре и только при средних размерах наночастиц меньших 4 нм.

Для полимерных композитов при комнатной температуре на основе наночастиц СсШ в объеме матрицы ПЭВД в диапазоне оптических длин волн 590-900 нм имеет место закономерность изменения коэффициента поглощения от размера и массовой концентрации наночастиц. Согласно полученной закономерности, уменьшение размера наночастиц и (или) уменьшения их массовой концентрации в объеме ПЭВД приводит к увеличению коэффициента поглощения и его смещению в сторону коротких длин волн.

Получена зависимость дисперсии и коэффициента поглощения для полимерных композитов на основе полупроводниковых наночастиц (оксида никеля и сульфида кадмия) от массовой концентрации их в матрице ПЭВД. Показано, что с ростом массовой концентрации наночастиц в объеме полимерных нанокомпозитов на основе полупроводниковых наночастиц показатель преломления и коэффициент поглощения увеличиваются.

Полимерным композитам на основе наночастиц СёБ в объеме матрицы ПЭВД присуща выпуклая функциональная зависимость коэффициента поглощения от температуры при нагреве (25-70 °С с максимумом при 55 °С) и охлаждении (70-55 °С) с образованием термооптического гистерезиса в интервале температур 55-70 °С при оптических длинах волн 650-900 нм.

Получена зависимость дисперсии металлосодержащих полимерных нанокомпозитов (Бе в матрице ПЭВД и Ag в матрице ПММА) в которых с увеличением массовой концентрации до 20 масс. % происходит уменьшение эффективного показателя преломления в видимом и ближнем ИК диапазоне оптических длин волн.

• Подтверждена устойчивость оптических характеристик полимерного нанокомпозита (ПММА + Ag) к многократному нагреву до 80 °С и последующему охлаждению.

• Нанесение толстой пленки (50-100 мкм) полимерного нанокомпозита на основе наночастиц Ag в матрице ПММА на солнечную батарею, состоящую из поликристаллического кремния, уменьшает отражение от ее поверхности оптического излучения в видимом и ближнем ИК диапазоне.

• Экспериментально получено увеличение фотогенерируемой мощности более чем на порядок относительно первоначального значения на солнечных батареях (состоящих из поликристаллического кремния) после нанесения просветляющей толстой плени (50-100 мкм), состоящей из металлосодержащего полимерного композита на основе 0.1-20 масс. % наночастиц Ag в матрице ПММА. Преимущество такого покрытия по сравнению с просветляющими покрытиями на оптически согласующих пленках заключается в относительной технологической простоте нанесения (без высоких требований к толщине нанесения пленки).

• На базе проведенных экспериментальных исследований показана возможность создания высокочувствительных фотопреобразователей (в т.ч. солнечных батарей) методом нанесения металлосодержащих нанокомпозитов, а также разработан принцип построения бистабильной энергонезависимой памяти на КТ, в основу которого положено изменение проводимости нанокомпозита от воздействия УФ излучением и возможностью сброса логического состояния после воздействия электрическим полем.