Створення композиційних матеріалів на основі поруватого кремнію.

Як приклад створення композитних матеріалів на основі ПК розглянемо модифікування пористого кремнію магнітними матеріалами. Перспективність отримання сітки магнітних циліндрів в кремнієвій матриці зв'язується з можливістю створення на їх основі пристроїв для надщільного магнітного запису, а також композиційних і гібридних матеріалів.

Однак відомо, що при зменшенні розмірів частинок для 3 d -металів відбувається перехід в однодоменний та суперпарамагнітний стан.Для сферичних частинок Fe, Co і Ni величина D_crit 14 нм, 70 нм і 50 нм відповідно, а для Fe₃O₄ і γ -Fe₂O₃- 128 і 166 нм.

Рис. 3.8. РЕМ зображення нанокомпозитної системи ПК/ Fe₃O_4.

Запобігти переходу можна охолоджуючи матеріал, зменшуючи теплову енергію, і, як наслідок, відсуваючи межу переходу в суперпарамагнітний стан. Але найбільш перспективний метод - змінювати склад, мікроструктуру і геометричну форму частинок, намагаючись додатково фіксувати магнітний момент. На сьогодні ПК є перспективною матрицею для формування наночастинок 3 d – металів малих розмірів, що не втратили своїх магнітних властивостей.

У випадку використання в біомедицині (наприклад для візуалізації ракових клітин або клітинної терапії) необхідно щоб частинки були суперпарамагнітними, але між ними не було магнітної взаємодії. Було створено суперпарамагнітні нанокомпозитні системи (ПК/ Fe₃O₄) з максимальним магнітним моментом (рис. 3.8). Виявилося, що температура переходу в суперпарамагнітний стан залежить від розміру частинок і відстані між ними, а отже може управлятися розміром та морфологією пор матриці ПК.

Рис. 3.9. РЕМ зображення ВНТ на ПК.

Особлива морфологія ПК, а також легкість керування його структурою дозволили використовувати ПК як підкладку для зростання вуглецевих нанотрубок (ВНТ), в тому числі масивів орієнтованих ВНТ. Існує два шляхи отримання масивів орієнтованих ВНТ: орієнтація вже існуючих ВНТ, і зростання орієнтованих НТ на підкладках, використовуючи каталітичні методи. Наночастинки заліза, нікелю та інших каталізаторів були сформовані в результаті просочування ПК солями цих металів та подальшого відпалу. Підкладка поміщалася в середу буферного газу і ацетилену, що знаходилися при температурі 700°С, де відбувався каталітичний процес термічного розпаду ацетилену і ріст ВНТ (ис. 3.9).

Як ми вже зауважували, ПК є підкладкою для епітаксії багатьох напівпровідників. Крім цього, на цій підкладці можливий процес кристалізації білків або ріст кристалічної форми SiО₂ –тридиміту при кімнатній температурі (рис. 3.10), хоча ріст фази тридиміту на монокристалічному Si можливий при температурах вищих за 1000˚ С.

Рис. 3.10. РЕМ зображення тридиміту на ПК.

Лекція 4.Хімія поверхні поруватого кремнію та її вплив на властивості матеріалу. Вода в порах. Модифікація поруватого кремнію під час зберігання на повітрі та хімічною обробкою.