Search

Дисертаційна робота присвячена дослідженню процессів фазо- та структуроутворення близько-рівноважних конденсатів окремих металів (Zn, Cu, Ni, Cr і Al), їх оксидів (ZnO, NiO і CuO), фрактально-перколяційних наносистем (ZnO, ZnO/NiO та ZnO/CuO), а також багатоелементних систем за наявності різних металів (W, Ta, Нf, Ti, Mo, Сr, Zr, Al, Со і Ni) і вуглецю. Основним результатом роботи є вивчення трансформації селективних процесів фазоутворення й просторово розподіленого росту конденсатів за умов осадження пари під час наближення системи плазма–конденсат або хімічно активне середовище–конденсат до термодинамічної рівноваги та за переходу від однокомпонентних до багатокомпонентних систем. Встановлено, що домінуючий вплив на процес структуроутворення наносистем мають наднизькі відносні пересичення осаджуваної пари, а не тип активного середовища над ростовою поверхнею. Водночас значна частина роботи присвячена вивченню процесів зарядоперенесення в сенсорах фрактально-перколяційного типу на основі ZnO, ZnO/NiO і ZnO/CuO в разі дії на останні газовими реагентами й оптичним опроміненням, а також фізичним властивостям багатокомпонентних систем. Диссертационная работа посвящена исследованию процессов фазо- и структурообразования близко-равновесных конденсатов отдельных металлов (Zn, Cu, Ni, Cr и Al), их оксидов (ZnO, NiO и CuO), фрактально-перколяционных наносистем (ZnO, ZnO/NiO и ZnO/ CuO), а также многоэлементных систем при наличии различных металлов (W, Ta, Нf, Ti, Mo, Сr, Zr, Al, Со и Ni) и углерода. Основным результатом работы является изучение трансформации селективных процессов фазообразования и пространственно распределенного роста конденсатов при осаждении пара в условиях приближения системы плазма–конденсат или химически активная среда–конденсат к термодинамическому равновесию и переходе от однокомпонентных систем к многокомпонентным. Установлено, что доминирующее влияние на процесс структурообразования наносистем оказывают сверхнизкие относительные пересыщения осаждаемого пара, а не тип активной среды над ростовой поверхностью. При этом значительная часть работы посвящена изучению процессов зарядопереноса в сенсорах фрактально-перколяционного типа на основе ZnO, ZnO/NiO и ZnO/CuO при воздействии на наносистемы газовыми реагентами и оптическим облучением, а также физическим свойствам многокомпонентных систем. The dissertation is devoted to the investigation of the processes of phase and structure formation of near-equilibrium condensates of individual metals (Zn, Ni, Cu, Cr and Al), oxides (ZnO, NiO and CuO), fractal-percolation nanosystems (ZnO, ZnO/NiO and ZnO/CuO), as well as a multi-element systems composed of various metals (W, Ta, Hf, Ti, Mo, Cr, Zr, Al, Co and Ni) and carbon. The main result of the work is investigation of selective processes transformation at the phase formation and the condensates spatially distributed growth under vapor deposition conditions close to thermodynamic equilibrium in plasma-condensate and chemically active medium-condensate system in one component systems and during the transition from one-component to multicomponent systems. Mathematical model has been developed, that allows to estimate changes in the relative supersaturation of the depositing vapours in the range from 0.06 to 0.1 depending on the size of the zones of adatoms diffusion capture around Cu nanocrystals. With aim to compare the possibilities of the structure formation of near- equilibrium nanosystems using PVD and CVD technology, the technology of obtaining copper nanosystems based on the decomposition of CuCl2 in the presence of hydrogen and nitrogen have been proposed. It has been proved experimentally, that the dominant influence onto the nanosystems structure formation process plays ultralow relative saturation of the deposited vapour rather than the type of active medium above the growth surface. Based on fractal-percolation nanosystems ZnO, ZnO/CuO and ZnO/NiO selective gas sensors have been developed, that based on current-voltage characteristics shape allow to distinguish between different gaseous reagents. The analysis of changes in the shape of the I–V characteristics of fractal-percolation nanosystems ZnO, ZnO/CuO and ZnO/NiO have shown the fundamental possibility of recognizing such reagents in the air as CO2, C3H8 + C4H10 (LPG), CH3-C(O)-CH3, CH4 or C2H5OH. It has been shown, that during the transition to near-equilibrium condensation of a multicomponent layers, a growth surface with an increased density of active centres is formed. Therefore, adatoms attachment to the multicomponent growth surface occurs only provided the strongest chemical bonds are realized. This fact cause the high configurational entropy of mixing components, which in the presence of a carbon component is a prerequisite for the coatings formation with high micro-hardness characteristics.

У магістерській дисертації було проаналізовано переваги та недоліки клінічно затверджених магнітно резонансних контрастних засобів. На основі цього були вибрані β-дикетонатні металополімерні комплекси гадолінію та диспрозію - як перспективні контрастні препарати. Була наведена та вдосконалена методика синтезу координаційних сполук гадолінію (ІІІ) та диспрозію (ІІІ). З використанням фізико-хімічних методів аналізу було встановлена будова та склад отриманих комплексів. За допомогою квантово-хімічної моделі SPARKLE PM7 були оптимізована геометрія лігандів та їх комплексів з лантанідами, визначені енергетичні характеристики молекул. Досліджено спектрально-люмінесцентні властивості комплексів, визначено енергії синглетних та триплетних рівнів, показано, що енергія лігандів є досить високою для можливого переходу енергії з триплетного рівня ліганда на резонансний рівень металу. Встановлено, що синтезовані системи є аморфними наноструктурними об’єктами Також було досліджена морфологія та дисперсність усіх систем. The advantages and disadvantages of clinically approved magnetic resonance contrast agents were analyzed in the Master's thesis. As a result, β-diketonate metal-polymer complexes of gadolinium and dysprosium were identified as promising contrast agents. The author presented and improved a technique for the synthesis of gadolinium (III) and dysprosium (III) coordination compounds. The structure and composition of the complexes were determined using the physico chemical methods of analysis. The author optimized the geometry of ligands and their complexes with lanthanides as well as determined the energy characteristics of the molecules, using the quantum-chemical model SPARKLE PM7. The spectral-luminescence properties of the complexes were studied, the energy of singlet and triplet levels was determined. It was thus demonstrated that the energy of the ligands is sufficiently high to make it possible to transit from the triplet level of the ligand to the resonance level of the metal. It has been defined that the synthesized systems are amorphous nanostructured objects. The morphology and dispersion of all systems were studied as well. В магистерской диссертации были проанализированы преимущества и недостатки клинически утвержденных магнитно резонансных контрастных средств. На основе этого были выбраны β-дикетонатные металлополимерные комплексы гадолиния и диспрозия - как перспективные контрастные препараты. Была проведена и усовершенствованная методика синтеза координационных соединений гадолиния (iii) и диспрозия (iii). С использованием физико-химических методов анализа установлено строение и состав полученных комплексов. С помощью квантово-химической модели SPARKLE PM7 оптимизирована геометрия лигандов и их комплексов с лантанидами, определены энергетические характеристики молекул. Исследовано спектрально-люминесцентные свойства комплексов, определены энергии синглетных и триплетных уровней, показано, что энергия лигандов является достаточно высокой для возможного перехода энергии с триплетного уровня лиганда на резонансный уровень металла. Установлено, что синтезированные системы являются аморфными наноструктурных объектами. Также было исследовано морфология и дисперсность всех систем.

Величина магнітоопору залежить від таких факторів як матеріал компонент плівкової системи, метод та умови отримання, процеси дифузії та фазоутворення, інтервал термовідпалювання та ін. Детальне дослідження тензорезистивного ефекту в плівкових наносистемах відкриває перспективу створення на їх основі не тільки тензорезисторів і тензодатчиків, а й багатофункціональних сенсорів для одночасного контролю декількох фізичних параметрів.

Механізми та закономірності структуроутворення мереж на основі наносистем ZnO, ZnO/CuO та ZnO/NiO у вигляді фрактально-перколяійних систем та фізичні основи формування в них сенсорного відгуку при дії таких газових реагентів, як H2, CO2, C3H8+C4H10 (LPG), СН3–С(О)–СН3, СН4 АБО C2H5OH.

У даній роботі розглянемо спосіб збудження локальних полів з використанням поверхневого плазмонного посилення шляхом вимушеного випромінювання (surface plasmon amplification б stimulated emission of radiation "spaser") [1]. Як і в лазері, оптичний резонатор в спайзері являє собою систему, яка завдяки багаторазовому відбиванню дозволяє збільшити інтенсивність плазмона.

Процес окислення вихідних наносистем Zn проводився в кварцовій трубці до якої підведені системи розігріву, вакуумної відкачки і напуску суміші таких газів, як CO2 і O2, а також повітря. Температура зразків вимірювалася за допомогою термопар. При цьому в процесі окислення контролювалася провідність наносистем.

На сьогоднішній день для детектування і аналізу небезпечних, токсичних газів в системах екологічного моніторингу, життєзабезпечення, раннього виявлення і запобігання пожежі широко використовуються напівпровідникові газові сенсори резистивного типу. У більшості випадків для створення чутливих елементів газових сенсорів використовуються оксиди різних металів, один з таких є ZnO.

Предмет дослідження: закономірності змін структурно-морфологічних характеристик та елементного складу наносистем в процесі іх окислення, а також сенсорні характеристики ZnO і ZnO/NiO. Конкретна фундаментальна задача в рамках загальної проблеми, яка була вирішена при виконанні другої частини проекту полягала у встановленні взаємозалежності між структурно-морфологічними характеристиками окислених наносистем, з одного боку, і умовами окислення та сенсорними характеристиками, з іншого боку.

У статті представлено огляд сучасних обчислювальних методів і оцінено ступінь їх застосованості для дослідження нанорозмірних матеріалів. Описано чотири основні підходи, які використовують для моделювання наносистем. Проаналізовано переваги й недоліки кожної групи розглянутих методів. Оцінено співвідношення точності розрахунків і розмірів системи для різних квантово-механічних методів. ; The special role of simulation in nanotechnology is caused by the fact that the traditional research methods are usually very costly and unprofitable. The paper overviews modern computing methods and their suitability for nanoscale materials. The four basic approaches used for nanosystems simulation are described: method of classical (empirical) potential, semi-empirical potential approach, non-empirical approach (modelling from the first principles or ab initio methods) and Monte Carlo method. The classic approach is not enough to provide the study of nuclear interactions in nanometer scale. The semi-empirical methods are best suited for nanoparticles simulation, but not suitable for the creation of adequate nanosystems models. Methods based on density functional theory are the most common calculation methods in solid state physics due to their high computational efficiency (among other first principles methods) and large enough accuracy. Quantum Monte Carlo method is one of the most promising methods for modelling, which allows to simulate the behaviour of systems consisting of millions or billions of atoms.