ИСТИНА

Проводимые исследования направлены на развитие фундаментальных и прикладных основ темплатного электроосаждения. В рамках проекта данный метод применяется для создания полифункциональных анизотропных наноструктур (нанонитей или наностержней), состоящих из сегментов различной природы. В 2015 году в качестве материалов, формирующих составные части нанонитей, выступали Au, Pt, Rh, Fe, Ni, Bi и берлинская лазурь. Слоистые нанонити, а также разработанные методики их получения, могут быть использованы для создания активных коллоидных систем для биологических применений, а также элементов современной микро(нано)электроники.

В ходе выполнения проекта достигнуты результаты, обладающие фундаментальной новизной и практической значимостью. 1) Предложена и успешно апробирована методика группового формирования матриц из анодного оксида алюминия с применением подходов химической фотолитографии. Данный метод позволяет одновременно получать десятки идентичных образцов, пригодных для их использования в качестве матриц при формировании одномерных наноструктур методом электрохимического осаждения. Разработанная методика существенно ускорила процесс исследований, так как стадия получения темплата (обычно занимает 1-3 суток) является лимитирующей. 2) Отработана методика удаления барьерного слоя у пористых пленок анодного оксида алюминия, позволяющая по данным хроноамперометрии in situ контролировать степень открытия каналов. Отметим, что прецизионный контроль диаметра пор матрицы необходим для формирования анизотропных наноструктур с воспроизводимыми размерами и, как следствие, с идентичными свойствами от образца к образцу. Применяемый обычно метод химического растворения барьерного слоя в нагретом растворе кислоты с контролем продолжительности травления не позволяет достичь требуемого результата – получить два образца с одинаковым средним диаметром оказывается практически невозможно, что связано с влиянием большого числа факторов (градиент температуры и точность ее поддержания, конвекция растворителя, положение оксидной пленки и т.д.) на процесс растворения оксидного слоя. Напротив, использование методики травления оксидного слоя с хроноамперометрическим контролем позволяет точно определить момент полного удаления барьерного слоя, что подтверждено данными растровой электронной микроскопии. Отклонение среднего диаметра пор для нескольких образцов, полученных при одинаковых условиях анодирования и последующего травления, не превосходит ошибки его определения. 3) Экспериментально показано, что анодирование алюминия в 0,3 М растворе (COOH)2 при напряжениях 40 и 120 В с последующим удалением барьерного слоя и растравливанием каналов позволяет получить матрицы с узким распределением пор по размерам и варьируемым диаметром каналов в широких пределах: от 40 до 200 нм. Плотность расположения пор 10^9-10^10 см-2, что существенно (на 1-2 порядка) превышает соответствующую величину для трековых мембран, которые также часто используются в качестве матриц для формирования нанонитей. 4) Получены одномерные наноструктуры (нанонити) путем потенциостатического электроосаждения металлов в каналы пористых матриц из анодного оксида алюминия. Эксперименты проведены для ряда индивидуальных металлов (Cu, Ni, Co, Pd, Pt, Rh, Au) и сегментированных нанонитей Au/Ni. Следует отметить, что получение упорядоченного массива нанонитей Rh проведено впервые. Комплексное исследование металлических наноструктур выполнено с помощью ряда взаимодополняющих методов: растровая электронная микроскопия, рентгеноспектральный микроанализ, рентгенофазовый анализ, просвечивающая электронная микроскопия, электронная дифракция, SQUID-магнетометрия, оптическая спектроскопия и др. Особое внимание уделено электрохимическим методам анализа, позволяющим определить оптимальные условия электрокристаллизации (циклическая вольтамперометрия), in situ следить за процессом формирования одномерных наноструктур (хроноамперометрия), а также в ряде случаев определить площадь электроактивной поверхности и каталитическую активность наноструктур в различных процессах. Отработана методика селективного растворения матрицы в растворе NaOH и последующего получения суспензии нанонитей путем ультразвуковой обработки. 5) Собрана экспериментальная установка для наблюдения за движением микропловцов. На примере анизотропных наноструктур, состоящих из слоев Au и Ni, проведены предварительные эксперименты по визуализации движения сегментированных нанонитей в жидкой среде в присутствии внешнего магнитного поля. Разрешения экспериментальной установки достаточно для наблюдения за нанонитями диаметром 100 нм, экспериментально зафиксированы диполь-дипольные взаимодействия между наноструктурами Au/Ni в присутствии внешнего магнитного поля. 6) В качестве аналога наиболее распространенных и бурно обсуждаемых в литературе биметаллических Au/Pt самоподвижных микропловцов, предложены и успешно синтезированы Au/Rh наноструктуры. 7) На примере электрокристаллизации никеля и кобальта экспериментально установлено влияние упорядоченности структуры пористой матрицы анодного оксида алюминия и ее толщины на однородность и полноту заполнения каналов внедряемым металлом. Показано, что степень заполнения пор в темплате может быть близка к 100% в случае использования тонких (менее 10 мкм) матриц с упорядоченным расположением каналов. 8) Проведен поиск и оптимизация условий электроосаждения биосовместимых анизотропных наноструктур железа в пористых матрицах с цилиндрическими каналами. 9) В инициативном порядке проведены эксперименты по формированию нанонитей берлинской лазури диаметром около 150 нм. 10) Предложена концепция роботизированного осаждения слоистых нанонитей, заключающаяся в автоматизированном позиционировании рабочего электрода в процессе темплатного электроосаждения.