ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2021. № 1
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.1.6
УДК 539.2
Трехмерные композиционные наноматериалы на основе опаловых матриц для устройств электронной техники
А. Ф. Белянин1, А. С. Багдасарян2,3, С. А. Багдасарян4, Е. Р. Павлюкова3
1 Центральный научно-исследовательский технологический институт “Техномаш”, 121108, Москва, ул. Ивана Франко, 4
2 Научно-исследовательский институт радио им. М.И.Кривошеева, 105064, Москва, ул. Казакова, 16
3 Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, РФ, 125009, Москва, Moховая, 11-7
4 Научно-производственное предприятие “Технологии радиочастотной идентификации связи”, 127051 Москва, пер. Сухаревский М., 4-1
Статья поступила в редакцию 27 декабря 2020 г.
Аннотация. Исследовано влияние условий получения на состав и строение трехмерных композиционных наноматериалов на основе опаловых матриц (упаковка шаровых частиц аморфного SiO2). Экспериментальная часть работы выполнена с образцами опаловых матриц с диаметром шаровых частиц SiO2 ~260 нм. Композиционные наноматериалы формировали многократным заполнением опаловых матриц растворами солей (оксидов) металлов и выдержкой образцов при 623–723 К, после чего проводился отжиг при 973–1473 К. Химические реакции и фазовые превращения веществ в пустотах опаловых матриц зависели от параметров отжига, а также химических свойств промежуточных соединений. Установлено формирование в композиционных наноматериалах кристаллитов SiO2, синтезируемых в пустотах веществ, и продуктов их взаимодействия с SiO2. Получены композиционные наноматериалы с заполнением межшаровых пустот опаловых матриц металлами, сегнето- и пьезоэлектриками, мультиферроидными и другими веществами. Полученные композиционные наноматериалы имели упорядоченно расположенные компоненты (вещества) с заданными составом и размером кристаллитов в области 10–90 нм. Показано влияние состава и строения композиционных наноматериалов, содержащих ферромагнитно упорядоченные наноструктурированные магнитные ортованадаты редкоземельных металлов, Ni-Zn-Fe-, Co-Zn-Fe-шпинели, а также совместно Co и Ni, на их свойства.
Ключевые слова: опаловые матрицы, композиционные наноматериалы, отжиг, фазовые превращения, магнитные характеристики.
Abstract. The effect of preparation conditions on the composition and structure of three-dimensional composite nanomaterials based on opal matrixes (packing of spherical particles of amorphous SiO2) has been studied. The experimental part of the work was performed with the samples of opal matrixes with a diameter of spherical SiO2 particles equal ~260 nm. Composite nanomaterials were formed by repeatedly filling of opal matrixes with solutions of metal salts (oxides) and holding the samples at 623–723 K, and after that, they were annealed at 973–1473 K. Chemical reactions and phase transformations of substances in nanopores of opal matrixes depended on the annealing parameters, and chemical properties of intermediate compounds. There was confirmed the formation of SiO2 crystallites in nanopores of composite nanomaterials, as well as the products of their interaction with SiO2. Composite nanomaterials with filling of opal matrix nanopores with metals, ferroelectrics and piezoelectrics, multiferroic and other substances have been obtained. The resulting composite nanomaterials had ordered components (substances) with a given composition and crystallite size in the range of 10–90 nm. The influence of the composition and structure of composite nanomaterials containing ferromagnetically ordered nanostructured magnetic orthovanadates of rare-earth metals, Ni-Zn-Fe-, Co-Zn-Fe-spinel, and also Co and Ni together, on their properties was demonstrated. Present research was executed under financial support by RFBR (Grant N 18-29-02076).
Key words: opal matrixes, composite nanomaterials, annealing, phase transformations, magnetic characteristics.
Литература
1. Armstronga E., O’Dwyer C. Artificial opal photonic crystals and inverse opal structures – fundamentals and applications from optics to energy storage. Journal of Materials Chemistry C. 2015. Vol.3. P.6109–6143.
2. Belyanin A.F., Bagdasaryan A.S., Bagdasaryan S.A., Pavlyukova E.R. Nanostructured materials based on opal matrixes and magnetic oxides Ni(Сo)-Zn-Fe. Zhurnal Radioelektroniki [Journal of Radio Electronics]. 2020. No.3. https://doi.org/ 10.30898/1684-1719.2020.3.15
3. Белянин А.Ф., Багдасарян А.С., Гуляев Ю.В., Юрин А.И., Павлюкова Е.Р. Строение, диэлектрические и магнитные свойства нанокомпозитов на основе опаловых матриц, фосфатов и ванадатов металлов. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.5.4
4. Nishijima Y., Ueno K., Juodkazis S., Mizeikis V., Misawa H., Tanimura T., Maeda K. Inverse silica opal photonic crystals for optical sensing applications. Optics Express. 2007. Vol.15. No.20. P.12979–12988.
5. Mıguez H., Blanco A., Lopez C., Meseguer F., Yates H.M., Pemble M.E., Lopez-Tejeira F., Garcıa-Vidal F.J., Sanchez-Dehesa J. Face centered cubic photonic bandgap materials based on opal-semiconductor composites. Journal of Lightwave Technology. 1999. Vol.17. No.11. Р.1975–1981.
6. Tuyen L.D., Wu C.Y., Anh T.K., Minh L.Q., Kan H-C., Hsu C.C. Fabrication and optical characterization of SiO2 opal and SU-8 inverse opal photonic crystals. Journal of Eexperimental Nanoscience. 2012. Vol.7. No.2. P.198–204.
7. Rinkevich A.B., Perov D.V. Electromagnetic field inhomogeneity in artificial crystals with ferrimagnetic particles. Doklady Physics. 2018. Vol.63. No.7. P.269–271.
8. Pakhomov Ya.A., Rinkevich A.B., Belyanin A.F., Kuznestov E.A., Perov D.V. Millimeter Waveband Dielectric Permittivity of Nanocomposites Containing Vanadium Oxides. IEEE Transactions on Nanotechnology. 2020. Vol.19. P.535–544.
9. Pakhomov Ya.A., Rinkevich A.B., Perov D.V., Belyanin A.F., Kuznetsov E.A. Dielectric permittivity of artificial crystals based on opal matrices with ZnO particles in the millimeter waveband. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz waves. 2019. Vol.40. Issue 3. P.348–356.
10. Wijnhoven J.E. J., Willem L. Preparation of photonic crystals made of air spheres in titania. Science. 1998. Vol.281. Р.802–894.
11. Сaмойлович М.И., Белянин А.Ф., Бaгдaсaрян А.С., Бовтун В. Строение и диэлектрические свойства нaнокомпозитов: опaловые мaтрицы – оксиды титaна и титaнaты редкоземельных элементов. Тонкие химические технологии. 2016. Т.11. №2. С.66–73.
12. Белянин А.Ф., Багдасарян А.С., Сергеева Н.С., Багдасарян С.А., Павлюкова Е.Р. Изучение строения биосовместимых наноматериалов на основе диоксида кремния. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. № 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.4.14
13. Белянин А.Ф., Багдасарян А.С., Гуляев Ю.В., Сергеева Н.С., Багдасарян С.А., Павлюкова Е.Р. Биосовместимые наноматериалы на основе опаловых матриц. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 5. https://doi.org/ 10.30898/1684-1719.2019.5.3
14. Gulyaev Y.V., Bagdasaryan A.S., Belyanin A.F., Bagdasaryan S.A., Pavlyukova E.R. Nanocomposites based on opal matrixes and magnetic materials for medical electronics. 2020 XXXIII-rd General Assembly and Scientific Symposium of the International Union of Radio Science. Rome, Italy. 2020. P.1–2. http://doi.org/10.23919/URSIGASS49373.2020.9232252.
15. Белянин А.Ф., Багдасарян А.С., Багдасарян С.А., Борисов В.В., Павлюкова Е.Р. Рентгеновское излучение при лазерном воздействии на опаловые матрицы. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.6.12
16. Tcherniega N.V., Kudryavtseva A.D., Kuznetsova M.V., Shevchenko M.A., Baranov A.N., Belyanin A.F., Borisov V.V., Karpov M.A., Rozinskii D.V. Directed UV and X-ray generation in nanomaterials at the optical excitation. : Journal of Physics: Conference Series. 10: Irreversible Processes in Nature and Technics. 2019. P.012054.
17. Голованов О.А., Макеева Г.С., Самойлович М.И., Ринкевич А.Б. Невзаимные устройства сверхвысоких частот на основе магнитных нанокомпозитов из опаловых матриц. Радиотехника и электроника. 2016. Т.61. №2. С.184.
Для цитирования:
Белянин А.Ф., Багдасарян А.С., Багдасарян С.А., Павлюкова Е.Р. Трехмерные композиционные наноматериалы на основе опаловых матриц для устройств электронной техники. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.1.6