40
MÜHAZİRƏ – 5 və 6
Nanomaterialların alınma texnologiyaları:
«yuxarıdan-aşağıya» və «aşağıdan-yuxarıya» konsepsiyaları.
Litoqrafiya və epitaksiya üsulları.
Birölçülü, ikiölçülü və üçölçülü nanoquruluşların alınmasında istifadə
olunan digər üsullar
Real şəraitdə (açıq sistemlərdə) nanoquruluşların əmələ gəlmə prosesi qeyri-
tarazlıq halında gedir. Bu o deməkdir ki, nanoölçülü quruluş əmələ gələn sistemlə
ətraf mühit arasında daim enerji, informasiya mübadiləsi baş verir. Məhz bu
faktorlar nanoquruluşun forma, ölçü və xassələrinə öz təsirini göstərir. Hətta ən
kiçik faktorlar, məsələn, təzyiq, konsentrasiya, temperatur bir çox xassələrin
formalaşmasında və ya itirilməsində mühüm rol oynayır.
Nanozərrəciyi alan zaman mütləq ilk növbədə onun yüksək reaksiya
qabiliyyəti və qeyri-stabilliyi nəzərə alınmalıdır. Əgər bunlar nəzərə alınmazsa,
nanozərrəciklər ətraf mühitlə qarşılıqlı təsirə girərək, mühüm xassələrini itirərlər
və aqreqasiyaya uğrayarlar. Bundan başqa, nanoquruluşların bir sıra xassələri və
stabilliyi onun alınma üsulundan da birbaşa asılıdır. Ona görə də nanomaterialları
almaq üçün aşağıdakı faktorlar mütləq surətdə nəzərə alınmalıdır:
1.
Sistemin qeyri-tarazlılığı. Praktik olaraq bütün nanosistemlər
termodinamik baxımdan qeyri-dayanıqlı olduqları üçün və onların alınması
tarazlıq halında aparılmadığı üçün üsulun seçilməsində bu faktor ilk növbədə
nəzərə alınmalıdır;
2.
Nanozərrəciyin bircinsliliyi. Materialın kimyəvi bircinsliyinə o vaxt nail
olunur ki, sintez prosesində komponentlərin bölünməsi baş verməsin. Ona
görə də elə optimal üsuldan istifadə edilməlidir ki, bölünmə baş versə belə o,
mühüm xassələrə təsir göstərməsin.
3.
Nanozərrəciklərin monodispersliyi. Nanozərrəciyin xassələri onun
ölçülərindən birbaşa asılıdır. Ona görə də yaxşı, qeyri-adi xassələrə malik
nano material almaq üçün ölçülərinə görə az fərqlənən zərrəciklərdən
istifadə etmək lazımdır.
Nanoquruluşların alınması 2 konsepsiya üzərində qurulur. Bunlardan biri
«aşağıdan-yuxarıya» (kondensasiya olunma; atom, ion, molekulların birləşməsi),
digəri isə «yuxarıdan-aşağıya» (dispergiləşmə; kiçildilmə) konsepsiyalarıdır.
«Aşağıdan-yuxarıya» konsepsiyası fərdi (ayrı-ayrı) atomların birləşərək
nizamlı quruluşun yaradılması deməkdir. Bunu öz-özünə qablaşma və ya katalitik
kimyəvi reaksiyaların bəzi ardıcıllıqla aparılması nəticəsində həyata keçirmək olar.
Belə proseslər bioloji sistemlərdə çox geniş yayılmışdır və demək olar ki, canlı
təbiətin yaşaması üçün an-baan baş verən təbii haldır. Məsələn, fermentlər adlanan
bioloji katalizatorlar amin turşularını elə ardıcıllıqla yığırlar ki, bunun nəticəsində
canlı toxuma formalaşır.
41
«Yuxarıdan-aşağıya» konsepsiyası isə iri makroölçülü obyektin və ya
quruluşun tədricən ölçülərinin azalması ilə nanoquruluşların yaradılması deməkdir.
Nanoquruluşların alınmasında istifadə olunan üsullar şərti olaraq kimyəvi
(nanozərrəciklər kimyəvi reaksiyalar vasitəsilə alınır) və fiziki (fiziki proseslə
alınma) üsullara bölünür. Lakin hər hansı bir üsulu fiziki və ya kimyəvi
adlandırmaq çox çətindir, çünki əksər hallarda fiziki proseslər və kimyəvi
reaksiyalar eyni vaxtda baş verir.
Nanoquruluşların və nanomaterialların alınma üsullarını ümumi halda aşağıdakı
kimi təsnif etmək olar: bunun üçün üsullar şərti olaraq 5 qrupa bölünür
1.
Yüksək enerjili üsullar: bu üsullarda aqreqasiya prosesi və əmələgələn
zərrəciklərin ölçülərinin böyüməsi baş vermir. Çünki bu üsullar buxarın tez
kondensasiyaya uğranası şəraitində gedir.
2.
Mexano-kimyəvi üsullar: bu üsullarda nanokompozitlərin alınması
aşağıdakı kimi; a) “dəyirmanlarda” bir-biri ilə qarışmayan komponentlərin
birgə üyüdülməsi ilə, və b) bərk məhlulların mexaniki gərginlik altında
parçalanması nəticəsində yeni fazaların əmələ gəlməsi ilə baş verir.
3.
Fəza-məhdudiyyətli sistemlərdən – nanoreaktorlardan (damcılardan,
təbəqələrdən) istifadə edilməsinə
əsaslanan üsullar. Burada
nanoquruluşlar, əsasən, Lenqmür-Blocet təbəqələrindən və adsorbsiya
olunmuş laylardan sintez olunur. Bu üsullar bir-biri ilə qarşılıqlı təsirdə olan
nanodispers nanozərrəciklərin birbaşa kompozitdə alınmasına imkan yaradır.
Bura həmçinin, biotəlqid və bir sıra bioloji üsulları aid etmək olar. Bu halda
nanoreaktor rolunu biomolekullar yerinə yetirəcək.
4.
Məhlullarda ultramikrodispers kolloid zərrəciklərin formalaşmasına
əsaslanan üsullar.
5.
Yüksək məsaməlik dərəcəli və kiçik dispers quruluşların kimyəvi
üsullarla alınması. Bu üsullara kristallaşma və ion implantasiyası üsullarını
da aid etmək olar.
Litoqrafiya üsulu
Hal-hazırda litoqrafiya üsulu elektronikada nanoquruluşların alınmasında geniş
istifadə olunan üsul hesab olunur. Bu üsul «yuxarıdan-aşağıya» konsepsiyasına
əsaslanır.
Litoqrafiya – şüalanmaya həssas olan nümunənin şüalanması, sonra
şüalanan qatın oradan təcrid edilməsi və müxtəlif kimyəvi emal nəticəsində
nanoquruluşun formalaşması deməkdir.
Litoqrafiya iki yunan sözlərinin – “litos” (daş) və “qrafo” (yazıram)
sözbirləşmələrindən əmələ gəlib, “daş üzərində yazıram” mənasını verir.
Litoqrafiya bərk cisimlər üzərində nanoquruluşlar yaratmağa imkan verir. Bu üsul,
əsasən, bir neçə mərhələdə gedir. Bunlardan 3-ü vacib hesab olunur:
1-ci mərhələ: bərk cismin səthinə fotorezistis layı çəkilir.
Fotorezistis – şüalanmanın təsiri altında çəkildiyi səthin quruluşunu dəyişə
bilən işığa həssas maddədir.
42
2-ci mərhələ: səth üzərinə yaratmaq istədiyimiz quruluşun şablonu qoyulur.
3-cü mərhə: bu mərhələ eksponiləşmə (yəni lazım olan şəklin alınması)
mərhələsi adlanır. Bu zaman səth lampa və ya lazerlə optik şüalanmaya məruz
qalır. Fotorezistisin təsiri nəticəsində şablondan keçən şüa səthin dəyişməsinə
səbəb olur. Səthi aşılamaqla onun müəyyən hissəsi çıxarılır.
Litoqrafiya hal-hazırda mikrosxemlərin yaradılmasında istifadə olunan ən
əsas üsullardan biri hesab edilir.
Litoqrafiya üsulları istifadə olunan optik sistemlərdən, fotorezistis
materialından və təsir sxemindən asılı olaraq aşağıdakı kimi təsnif edilir:
1.
Optik litoqrafiya
2.
Elektron-şüa litoqrafiyası
3.
İon-şüa litoqrafiyası
4.
Şüa istifadə olunmayan litoqrafiya (çap litoqrafiyası).
Bu litoqrafiya üsulları arasında ən çox yayılmışı optik litoqrafiya hesab olunur.
Bu üsul, dalğa uzunluğu 1
÷100 nm tərtibində olan işıq kvantları ilə rezistin
şüalanmasına əsaslanır. Optik litoqrafiya şüalanmanın enerji diapazonuna görə:
a)
Dalğa uzunluğu 400 nm-dən böyük olan optik diapazonlu litoqrafiya
b)
UB oblastlı litoqrafiya (395-436 nm)
c)
Dərin UB-şüalanmalı litoqrafiya (190-250 nm)
d)
Vakuumlu UB-şüalanmalı litoqrafiya (150-190 nm)
e)
Sərt UB litoqrafiya (10-15 nm)
f)
Rentgen litoqrafiya (
< 10 nm) üsullarına,
işıqlanma sxeminə görə isə kontaktlı, kontaktsız və proyeksiyalanmış
litoqrafiya üsullarına bölünür.
Kontaktlı optik litoqrafiya üsulu. Burada şablon rezistis ilə birbaşa
kontaktda olur (a).
43
Şablon və fotorezisit bu cür yerləşdikdə
işıqlanan oblastın minimal ölçüləri
√ ·
λ
-ya
mütənasib olur, burada d-rezistin qalınlığı,
λ-istifadə olunan şüalanmanın dalğa
uzunluğudur. Lakin eyni şablondan çoxlu
sayda istifadə etdikdə onun keyfiyyəti
dəyişir - pisləşir. Bu çatışmamazlıq
kontaktsız optik litoqrafiya ilə aradan
qaldırılır. Bu halda rezists və şablon arasında
boşluq olur. Bu isə şablonun ömrünü
uzatmağa, yəni ondan dəfələrlə istifadə
etməyə imkan verir. Lakin buna
baxmayaraq, kontaktsız optik litoqrafiya
üsulunun da öz çatışmamazlığı var. Bu
üsulda litoqrafik sxemin şüaburaxma
qabiliyyəti azalır. Çünki, bu halda işıqlanan
oblastın minimal ölçüləri
g ·
λ
ilə mütənasib olur, burada g- rezistis və
şablon arasındakı boşluqdur. Məsələn, 400 nm dalğa uzunluqlu, 1 mkm qalınlıqlı
rezistisli kontaktlı litoqrafiyanın şüaburaxma qabiliyyəti (və ya ayırdetmə
qabiliyyəti) 600 nm olduğu halda, fotorezistis ilə şablon arasında məsafə 10 mkm
olduqda, bu göstərici 2 mkm-ə qədər pisləşir.
Qeyd olunan çatışmamazlıqların hər ikisi proyeksiyalanmış litoqrafiya ilə
aradan qaldırılır. Bu üsulda şəkil rezistis üzərinə şablonun altlıq üzərindəki
qaraltısına əsasən deyil, rezistis üzərinə birbaşa optik sistemdən fokuslaşaraq
düşməsi nəticəsində alınır.
Elektron-şüa və ion-şüa litoqrafiya üsulları. Altlıq və rezististin üzərini
modifikasiya etmək üçün istifadə olunan yüklü zərrəciklərə (elektronlar və ya
ionlar) uyğun olaraq bu litoqrafiyalar elektron-şüa və ion-şüa litoqrafiyaları
adlanır. Elektron-şüa litoqrafiya üsulunun optik litoqrafiya üsulundan üstünlüyü
ayırdetmə qabiliyyətinin yüksək olması ilə (
∼ 1 nm), çatışmamazlığı isə
elektronların çox dərin girməsi nəticəsində alınan şəklin aydın olmaması ilə
bağlıdır (eksponirə olunmuş hissə qarmaqarışıq olur).
İon-şüa litoqrafiyasında isə qeyd edilən çatışmamazlıq ionların çox da dərinə
girməməsi ilə aradan götürülə bilir.
Şüa istifadə olunmayan litoqrafiya (çap litoqrafiyası) haqqında isə zond
mikroskopları bölməsində məlumar veriləcək.
Epitaksiya üsulu
“Aşağıdan-yuxarıya” texnologiyası imkan verir ki, ayrı-ayrı atom və
molekullardan nanoölçülü obyektlər yığılsın. Çox vaxt bu texnologiyada
kondensasiya hadisəsindən istifadə edirlər.
44
Kondensasiya (yunanca “condenso”-sıxlaşdırıram, qatılaşdırıram
mənasını verir) maddənin soyudularaq, və ya sıxılaraq qaz halından maye, və ya
bərk halına keçməsi deməkdir.
Yağış, qar, şeh və s. təbiət hadisələri kondensasiyanın nəticəsidir.
Məlumdur ki, kondensasiya və ona əks olan proses, yəni buxarlanma
maddənin faza keçidləri nəticəsində mümkün olur.
Faza keçidləri müəyyən kiçik zaman ərzində baş verir və prosesin ilkin
mərhələsində nanozərrəciklər əmələ gəlir. Sonradan bu zərrəciklər böyüyərək
mikroskopik obyektlərə çevrilir. Məhz ilkin mərhələdə faza keçidlərini
“dondurmaqla” nanozərrəciklər almaq mümkündür.
Füllerenləri, karbon nanoborularını, nanoklasterləri də kondensasiya hadisəsi
ilə almaq olar.
Bu cür texnologiya epitaksiya adlanır.
Epitaksiya (yunanca “epi”-üzərində və “taxis”-yerləşmək, ardıcıllıq) bir
kristal üzərində digər kristalın istiqamətlənmiş (nizamlanmış) ardıcıl olaraq
yığılması, çökdürülməsi deməkdir.
Epitaksiya prosesini həyata keçirən ən müasir üsul molekulyar-şüa
epitaksiyası hesab olunur. Bu üsul ilə öncədən hazırlanmış və təmizlənmiş altlıq
üzərinə ayrı-ayrı atomlar seli yönəldilir. Atomlar selinin sürəti isə bir-birindən asılı
olmadan tənzimlənir. Altlığın səthinə çatan atomlar müxtəlif cür və müəyyən
qayda ilə düzülərək (nizamlanaraq), bizə lazım olan quruluşlar yaradır.
Molekulyar-şüa epitaksiyasında buxar selinin sürətini aşağıdakı tənliklə
hesablamaq olar:
2
Burada p
e
-buxarın tarazlıq təzyiqi, S
e
-selin çıxdığı deşiyin sahəsidir. Beləliklə,
çökdürülmüş komponentlərin sayını ancaq bir parametri – temperaturu dəyişməklə
tənzimləmək olar.
Lazım olan atomların epitaksiyasını həm maye, həm də qaz fazasında yerinə
yetirmək mümkündür. Epitaksiya prosesi, əsasən, ayrı-ayrı kristalların bir-birinə
birləşməsi və sonda bütöv səthin əmələ gəlməsi ilə nəticələnir. Müasir epitaksiya
metodları bir neçə (hətta bir!) atom qalınlığında laylar almağa imkan verir.
Epitaksiya üsulundan mikroelektronikada, kvant elektronikasında və
hesablama texnikasında geniş istifadə edirlər.
Məhz müəyyən qanunauyğunluqla sadədən mürəkkəb quruluşun yaranma
prosesi öz-özünə qablanma və ya yığılma adlanır. Bu termini elmə ilk olaraq
alman alimi Herman Hakan gətirmiş və ona belə tərif vermişdir:
Öz-özünə qablanma və ya yığılma açıq sistemlərdə çoxlu sayda müxtəlif
elementlərin öz aralarında qarşılıqlı uyğunlaşması nəticəsində nizamlanması
prosesinə deyilir.
Göründüyü kimi, öz-özünə qablanma ilkin quruluşdan daha mürəkkəb
quruluşun formalaşması ilə bağlı olan prosesdir. Fizika və kimyada öz-özünə
45
qablanma atom və molekulların qeyri-nizamlı hərəkətindən nizamlı quruluşa
keçidini göstərir.
Öz-özünə qablanma sistemlərindən bəhs edən elm isə sinerqetika adlanır.
Yunanca sinergetike – birgə təsir, birgə hərəkət mənasını verir.
Sinerqetikanın əsas ideyası nizamsızlıq və xaosdan öz-özünə qablanma nəticəsində
nizamlılığın mümkünlüyü deməkdir.
Öz-özünə qablanma təbiətdə ən geniş yayılmış prosesdir.Heyvanlar
aləmində buna ən gözəl misal olaraq arılar tərəfindən altıbucaqlı özəklərin
tikilməsini, qarışqaların kollektiv hərəkətini və s., canlı sistemlərdə isə DNT
molekulunu göstərmək olar.
Birölçülü, ikiölçülü və üçölçülü nanoquruluşların alınma üsulları
Hal-hazırda elektron texnikasında istifadə edilən yarımkeçirici nanonaqillərə
və nanosəthlərə, maqnit yazı qurğularında istifadə olunan maqnit nanonaqillərə və
nanosəthlərə ehtiyac həddindən artıqdır.
Qeyd etdiyimiz kimi,
nanonaqillər (nanomillər, nanoiplər və kvant
naqilləri) ölçüləri nano diapazonda olan birölçülü nanomateriallar,
nanosəthlər (nanolaylar və ya nanoörtüklər) isə ikiölçülü nanomateriallar
adlanır.
Birölşülü nanoquruluşların, xüsusilə nanonaqillərin alınma texnologiyasının
tədbiqinə 1960-cı illərdə başlanılmışdır. Bu texnologiya sapşəkilli kristalların
(kristal bığların və ya viskerlərin) alınması prosesi üzərində qurulur və buxar-
maye-kristal (BMK) mexanizmi ilə həyata keçir. BMK mexanizminə əsaslanan
texnologiyaların sonrakı inkişafı müxtəlif materiallardan ibarət müxtəlif ölçülü
nanonaqillərin yaranmasına təkan verdi. 1990-cı ildən etibarən nanonaqillər lazer
ablyasiyası üsulu ilə yaradılır.
Visker tipli yarımkeçirici nanonaqilləri də almaq üçün buxar-maye-kristal
( BMK) mexanizminə əsaslanan texnologiyadan istifadə olunur. Bu proses
haqqında aydın təsəvvür yaratmaq üçün aşağıdakı misalı nəzərdən keçirək.
Fərz edək ki, silisium nanokristallik altlıq üzərində qızıl zərrəciyi vardır.
Qızdırıldıqda (
∼370°S tərtibində) bu zərrəcik altlıqla birgə əriyərək, ərinti-məhlul
damcısı əmələ gətirir. Qaz fazasında
bu damcı üzərinə reaksiya qabiliyyətli
qarışıq yeritsək (məsələn, H
2
+SiCl
4
), bu qarışığın molekulları damcı səthi üzərində
adsorbsiya edəcək və nəticədə Si ayrılaraq altlığın sərhəddində çökəcək. Bu
prosesi davam etdirməklə
diametri damcı tərtibində
olan (
∼ 100 nm) Si
sütunu
əmələ
gəlir.
Aşağıdakı şəkildə Si
viskerləri təsvir edilib.
Viskerlərin artımı
müəyyən qanunauyğun-
luqla baş verir. Belə ki, viskerlərin böyümə sürəti damcı diametrindən düz
mütənasib asılıdır. Şəkildə Si viskerləri təsvir edilib.Viskerlərin ucu nə qədər
46
nazik olsa, ondan istifadə edilmə dairəsi daha geniş olur. İti uclu viskerlər, əsasən,
kimyəvi üsullarla yaradılır. Belə ki, əvvəlcə aşağıda göstərilən şəklə uyğun papaq
əmələ gəlir, sonra papaq düşərək (termokimyəvi emal nəticəsində) ultra
nazik ucluq yaranır (ucun başı 1 atomdan ibarət olur və onun əyrilik
radiusu
∼ 2 – 3 nm tərtibini aşmır). Termokimyəvi üsulla diametri 5 nm
tərtibində olan Si nanonaqilləri almaq olar ki, onlarda kvant effektləri çox güclü
hiss olunur. Si ucluqlaından AQM-ları üçün zondların hazırlanmasında istifadə
edirlər.
Nanonaqillərin yaranmasında istifadə edilən digər üsul lazer ablyasiyası
adlanır. Bu üsulu da Si nanonaqilinin alınması timsalında nəzərdən keçirək.
Güclü lazer şüasının təsiri nəticəsində Si
0,9
Fe
0,1
birləşməsi buxarlanır; Si və
Fe-dan ibarət isti sıx buxar yaranır; bu buxar bufer qazı olan arqonun atomları ilə
toqquşaraq soyuyur; Si-Fe ərintili maye nano damcısına kondensə olunur. Ərinti
soyumağa başladığı andan ondan nanonaqil əmələ gəlməyə başlayır. Nanonaqilin
böyüməsi maye damcı yox olana qədər, yəni damcının davamlı olması üçün ona
buxarlanan Si atomlarının gəlməsi kəsilənə qədər davam edir.
Nanonaqili ucundakı damcı ilə birgə soyuducuya salmaqla da, nanonaqilin
böyüməsinin qarşısını almaq mümkündür. Bu üsulla alınan nanonaqillərin diametri
3 ÷ 20 nm, uzunluğu isə 1 ÷ 30 mkm tərtibində ola bilir.
Nanosəthlət praktikada, əsasən, epitaksiya üsulu ilə alınır. Üsulun 2 növünü
ayırd edirlər:
1)
Homoepitaksiya (burada həm səthin materialı, həm də altlıq identikdirlər);
2)
Heteroepitaksiya (burada səthin materialı ilə altlıq müxtəlif materiallardır,
yəni qetri-cinsdilər).
47
Mürəkkəb şəraitdə işləyən qurğuların səthlərini qorumaq məqsədi ilə
işlədilən almazabənzər və keramik nanosəthlər daha çox perspektivli hesab olunur.
Bunlar içərisində xassələrinin spesifikliyi və alınma texnologiyası ilə digərlərindən
fərqlənən Lenqmür-Blocet səthlərini xüsusilə qeyd etmək lazımdır.
Əvvəlki mühazirəmizdə Lenqmür-Blocet səthləri haqqında məlumat
vermişdik. Bu səthlər bir materialdan ibarət altlıq üzərinə digər materialın
çökdürülməsi vasitəsilə alınır ki, bunun da 3 variantı mövcuddur, yəni bu proses 3
rejimdə aparılır:
1.
Frank-Van-der-Merve rejimi; bu rejimdə bütöv təbəqə hissə-hissə (lay-
lay) yaradılır ki, buna ikiölçülü artım deyirlər.
2.
Volmer-Veber rejimi; bu rejimdə “adacıqlar” böyüyür (üçölçülü artım).
3.
Stranski-Krastanov rejimi; bu kombinə olunmuş rejimdir. Burada əvvəlcə
laylı, sonra isə “adacıqlı” artım formalaşır.
Lenqmür-Blocet texnologiyasında istifadə edilən amfifil molekulları xüsusi
(fərqli) quruluşları ilə səciyyələnirlər: molekulun bir ucu hidrofil
1
olduğu üçün
suya batmış olur, digər ucu isə hidrofob
2
olduğu üçün havada (və ya qeyri-polyar
həlledicidə) olur. Ona görə də bu cür molekullar hava-su, yağ-su sərhəddində
yerləşməyə üstünlük verir, yəni özlərini səthi-fəal maddələr kimi aparır.
Monolayların hava-su sərhəddindən bərk altlıq üzərinə çökdürülməsi prosesi
2 üsulla yerinə yetirilir. Bu üsullar içərisində ən çox yayılmış və daha geniş şəkildə
istifadə olunan üsul – şaquli çökdürülmə adlanır. Burada amfifil maddənin
monolayı hava-su sərhəddindən altlıq üzərinə şaquli aparılır.
1
Monolayları su ilə qarşılıqlı təsirə girən (suda həll olan), şişən və LB-texnologiya ilə
çökdürülən maddələr hidrofil maddələr adlanır.
2
Su ilə qarşılıqlı təsirə girməyən (suda həll olmayan), şişməyən maddələr isə hidrofob maddələr
adlanır.
48
Stranski-Krastanov
rejimində təbəqənin əmələ
gəlməsinin quruluş sxemi:
а, б – layların əmələ
gəlməsi; в – adacıqların
əmələ gələsi;
г – polikristallik təbəqə; 1 –
altlıq;
2 – monolay örtük; 3 –
adacıqlar
LB-texnologiya
ilə çoxlaylı quruluşların yaradılmasında istifadə edilən digər
üsul 1938-ci ildə Lenqmür və Şayfer tərəfindən yaradılmış horizontal üsul adlanır.
Şayfer üsulundan əsasən bərk (sərt) layların çökdürülməsində (yaradılmasında)
istifadə edirlər. Bu üsulla əvvəlcə su-hava sərhəddində sıxılmış monolay formalaşır
(şəkildə 1 vəziyyəti). Sonra müstəvi altlıq monolay üzərinə horizontal yerləşdirilir
(2 və 3 vəziyyətlər). Altlıq qaldırıldıqda və su sıthindən aralandıqda, monolay
altlıq üzərinə “yapışmış” olur (4 vəziyyəti).
LB-texnologiyası ilə səthlərin şaquli
formalaşma sxemi: a) mayeyə ilk
batırılma; b) mayedən ilk
qaldırılma; v) ikinci batırılma; q)
ikinci qaldırılma.
49
Epitaksial layların formalaşması qeyr-tarazlıq şəraitində getdiyi üçün onları
tədqiq etmək və enerjiyə görə interpretasiya etmək çox çətindir.
Lenqmür-Şayfer üsulu səthlərin formalaşması
İndi isə üçölçülü nanomateriallardan füllerenlərin və karbon
nanodorularının yaranma üsullarını nəzərdən keçirək.
Keçən əsrin elmi nəşrlərində klasterlər haqqında məlumatlarda deyilir ki, hətta
3000 – 4000 K temperaturunda bərk faza ilə tarazlıqda olan karbon qazı, əsasən, C
n
klasterlərindən ibarət olur və bu klasterlər içərisində əsas yeri C
15
klasterləri tutur.
Bu deyilənlərdən aydın olur ki, əgər biz karbon atomlarından ibarət buxar yarada
bilsək, sonra yüksək temperatur və təzyiq şəraitində onun asta-asta kondensasiya
etməsinə imkan versək, onda mütləq sferik formalı füllerenlər yaratmış olarıq”.
Elm dairələri arasında füllerenlərin müxtəlif yaranma modelləri irəli sürülür
ki, bunlardan biri kimi C
10
halqasına ardıcıl olaraq dayanıqlı C
2
–nin birləşməsi
nəzərdə tutulur. Aşağıdakı şəkildə halqalardan C
60
və C
70
füllerenlərinin yaranma
modeli göstərilmişdir.
50
“Halqalardan yığılma” modeli əsasında C
60
füllereninin yaranma sxemi
P.E.Smolli Nobel mükafatı alan zaman etdiyi məruzəsində də qeyd etmişdir
ki, “T
>1000 K temperaturunda, digər elementlərdən fərqli olaraq, karbon qazı
klaster quruluşundan ibarət olur; burada C
2
÷ C
10
klasterləri xətti zəncir, C
15
÷ C
40
klasterləri halqa, C
28
və daha yüksək tərtib karbonlar isə fülleren quruluşuna
malikdirlər.
Həm füllerenlərin, həm də karbon nanoborularının alınma üsullarını 2
istiqamət üzrə təsnif etmək olar.
1)
yüksək temperaturlu ; və 2) orta temperaturlu.
Yüksək temperaturlu üsullar qrafitin bu və ya digər yolla, məsələn, lazer və ya
qövsvari boşalma ilə buxarlanmasına əsaslanır.
Yüksək temperaturlu üsullarda qrafitin buxarlanması 3200
°S-də baş verir. Bu
üsullar özləri də 2 qrupa bölünür: qrafit elekrodları arasında qövsvari boşalma və
impuls lazeri ilə buxarlanma. Hər 2 üsulun sxemi verilib.
Qövsvari kontaktlı boşalma təcrübəsinin sxemi
1.
Qrafit elektrodları;
2.
Su ilə soyudulmuş mis təbəqələr;
3.
Su ilə soyudulmuş səth (məhz bunun üzərində
alınmış füllürenlər yığılır;
4.
Yay.
51
Qrafitin lazerlə buxarlanması üsulunun sxemi
Qövsvari boşalma üsulunda qrafit elektodlarından birində (anodda)
katalizator rolunu Fe, Ni, Co elementlərindən ibarət zərrəciklər oynayır. Qövsvari
boşalma yaradan reaktor diametri 30 sm, uzunluğu 1 m olan silindrdən ibarətdir.
Əvvəlcə reaktordan hava sovrulur, sonra onun içi təzyiqi
∼ 600 mbar olan təsirsiz
qazla doldurulur. Daha sonra isə oraya 60 A cərəyan verilərək qrafit “yandırılır”.
2-ci üsulla füllerenlərin əmələ gəlmə sxemi yuxarıdakı şəkildə verilib.
Füllerenlərin yaranması üçün istifadə olunan 10 atmosfer təzyiqli helium
∼ 10
-3
san
müddətində impulslar vasitəsilə verilir. Lazer təqribən helium qazının verilmə
müddətinin ortasında, yəni
λ = 532 nm, τ = 5 nsan və 30-40 mC-a uyğun
göstəricilərdə isə düşür. Buxarlanan material helium seli tərəfindən tutulur, onunla
qarışır və soyuyur, son mərhələdə klasterlərə kondensə olunma prosesi baş verir.
Klasterləşmə dərəcəsi qaz təzyiqinin dəyişməsi, lazer impulsunun isə düşmə vaxtı,
və həmçinin, kanalın uzunluğu və həndəsi göstəriciləri ilə tənzimlənə (dəyişə)
bilər.
Karbon
nanoborularının alınma üsullaı içərisində isə qrafitin lazerlə
buxarlanma üsulu daha optimal hesab edilir. Bu üsulla KNB-ı lazer katalizatorlu
qrafit elektrodunun təsirsiz qaz seli ilə buxarlanması nəticəsində alınır. Bu halda
KNB su ilə soyudulmuş mis təbəqələr üzərinə yığılır. Prosesin özü
∼ 700÷900 °S
temperaturunda aparılır.
Temperaturdan və istifadə edilən katalizatordan asılı olaraq KNB-nun
xassələri fərqli olur. Tədqiqatçılar belə hesab edirlər ki, nanoboruların ucu bütün
proses boyu açıq olur və carbon atomları məhz açıq uc tərəfdən birləşir.
KNB-nun böyümə mexanizminin sxemi (ağ şarlarla carbon atomları, qara şarlarla isə C2
dimerləri, yəni 2 carbon atomu və C3 trimerləri, 3 karbon atomu göstərilib. Açıq uc
tərəfindən C2 və C3 udularaq nanoborunun böyüməsi baş verir.
Dostları ilə paylaş: |