CC BY
18
УДК 541.183: 546.1
И. Л. КИРОВСКАЯ Ю. Л. МУРАШКО
Омский государственный технический университет
ИК-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ КОМПОНЕНТОВ СИСТЕМЫ гпТе-СсГГе
Методом ИК-спектроскопии многократного нарушенного полного внутреннего отражения (ИКС МНПВО) исследованы химический состав поверхности твердых растворов и бинарных компонентов системы гцТе-СсЛе, ее взаимодействие с парами воды. Порошки твердых растворов получали методом изотермической диффузии, пленки — лазерным распылением в вакууме.
ИК-спектры поверхности всех компонентов, длительно экспонированных на воздухе, содержат преимущественно полосы колебаний связей Те-О, С-О, С-Н, групп ОН и воды, интенсивность которых существенно снижается после прогрева образцов в вакууме. Адсорбция воды сопровождается образованием достаточно прочных координационных (донорно-акцелторных связей) с поверхностными атомами, которым в ИК-спектрах отвечают полосы валентных (3300-3400 см ') и деформационных (1610-1640 см ') колебаний.
Результаты ИКС-исследований подтверждают и дополняют результаты ранее выполненных масс-спектрометрических исследований.
Интерес к системе гпТе-Сс1Те продиктован, прежде всего, благодатными для новой техники и фотокатализа свойствами бинарных полупроводников гпТе, СсГГе, уже нашедших практическое применение. В последнее время начали использоваться и твердые растворы этой системы в качестве материалов для оптоэлектронных приборов и детекторов гамма-излучения.
Каждая из областей практического применения, как известных, так и прогнозируемых (например, полупроводниковый газовый анализ), нуждается в необходимых сведениях о физико-химических свойствах поверхности, играющих зачастую определяющую роль. Здесь, в первую очередь, речь должна идти о химическом составе поверхности и ее поведении при различных воздействиях.
Экспериментальная часть
Основной метод исследования, используемый в работе, - ИК-спектроскопии многократного нарушенного полного внутреннего отражения (ИКС МНПВО) - подробно описан в [ 1 ]. Объектами исследования служили пленки гпТе, СйТе и твердых растворов гп^С^.Де, которые наносили методом лазерного распыления в вакууме [2] их порошков на рабочую поверхность МНПВО-призмы. Порошки твердых растворов получали методом изотермической диффузии [3].
Толщину пленок и соответствующие условия напыления задавали, используя формулу:
Э = т • 31П р / {4тт £2 р),
где ш — масса, р — плотность образца, / — расстояние от испарителя до подложки, р - угол испарения. Толщина пленок (Э) составляла 0,25-1 мкм.
Для уточнения элементного и компонентного состава пленок использовали электронную лазерную масс-спектрометрию, а для установления их структуры — рентгенографический анализ, который проводили на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3 в монохроматизированном медном излучении Си- Ка (Я. = 1,54056 А) по методике большеугловых съемок при Т = 293 К. По известным формулам [4] рассчитывали параметры кристаллов с кубической структурой сфалерита и гексагональной структурой вирт-цита (а, с). Погрешности расчетов оценивали методом наименьших квадратов. Результаты этих исследований использовали и для аттестации полученных твердых растворов.
ИК-спектры МНПВО снимали с поверхности образцов, прошедших различную предварительную обработку: выдержанных в атмосферных условиях, ва-куумированных и подвергнутых воздействию паров воды (при различных Рн^0 и времени контакта).
Обсуждение результатов
ИК-спектры поверхности бинарных компонентов и твердых растворов системы гпТе-Сс!Те, длительно экспонированных на воздухе (рис. 1), содержат полосы валентных колебаний связей Те-О (600-615 см '), С-О (1090-11001,2300-2350 см1), валентных и деформационных колебаний связи С-Н (2950, 980 см1), полосы группОН и воды (1850, 730-750 см ') [5].
Прогрев образцов в вакууме сопровождается заметным снижением интенсивности основных полос ИК-спектров (рис. 2).
Контакт с парами воды приводит к появлению в ИК-спектрах (рис. 2) широкой полосы в области 33003400 см"'. Одновременное присутствие в них полосы деформационных колебаний 1610-1640 см"', характерных только для молекулярной адсорбции воды,
"8
Л
'■ГШ***
Ы*. /Ч
1/о* 1ИВ НПО : ПК» Й)
'/см 2700 г-400 2180 1800 1600
-V
Рис. 1.ИК-спектрыМНПВО поверхностей пленок СйТе(1) и твердого раствора гп0 3Сс10 7Те (2) после контакта их с атмосферой при комнатной температуре.
1/см 4200 3900 3600 3300 3000 2700 2400 2100 1600 1Б00
Рис. 2. ИК-спектры МНПВО поверхности пленки твердого раствора гп0 3Сй0 ,Те, экспонированной в атмосферных условиях (1), вакууме (2), парах воды (4,5) и прогретой в вакууме после контакта с парами воды (3).
позволяет утверждать об образовании координационных связей молекул воды с поверхностными атомами [6]. Сохранение в ИК-спектрах полос 3300-3400 и 1610-1640 см'1 при прогреве систем «адсорбент-ад-сорбированная вода» в вакууме до 350-450 К свидетельствует о высокой прочности этих связей.
Результаты выполненных в данной работе ИК-спектроскопических исследований химического состава поверхности компонентов системы гпТе-СёТе и механизма адсорбции воды находятся в хорошем согласии с результатами масс-спектрометрических исследований [7], подтверждая и дополняя их.
Выводы
1. Синтезированы и идентифицированы твердые растворы замещения системы гпТе-СсГГе, приготовленные для исследований, как и бинарные соединения, в форме пленок лазерным распылением в вакууме.
2. С использованием высокочувствительного метода ИКС МНПВО изучены химический состав поверхности компонентов системы, исходной и термо-вакуумированной, и адсорбционное взаимодействие воды. Установлен механизм этого взаимодействия.
3. Результаты ИКС-исследований подтверждают и существенно дополняют результаты ранее выполненных масс-спектрометрических исследований.
Библиографический список
1. Кировская И.А. Адсорбционные процессы. Иркутск: ИГУ, 1995.-310с.
2. Мурашко Ю.А., Васильев Д.С. Синтез и рентгенострук-турные исследования системы СйТе-гпТе // Материалы XI-Международной научной конференции «Студент и научно-технический прогресс». Новосибирск: НГУ, 2002. С. 173-174.
3. Кировская И.А., Буданова Е.М. Получение и свойства твердых растворов гг^С^^е // Неорган, материалы, 2001. Т. 37, № 8. С.913-916.
4. Кировская И.А., Азарова О.П., Дубина О.Н., Шубенкова Е.Г. Рентгенографические исследования твердых растворов систем типа А|"ВУ-А"ВУ1 // Омский научный вестник, 2001. Вып. 14.С. 69-73.
5. Кировская И.А. Физико-химические свойства поверхности теллурида кадмия//ЖФХ, 1997.Т.71,№ 12. С. 1241-1244.
6. Кировская И.А. Поверхностные свойства алмазоподобных полупроводников. Адсорбция газов. Иркутск: ИГУ, 1984. — 186 с.
7. Кировская И.А., Мурашко Ю.А. Получение и химический состав поверхности твердых растворов системы 2пТе-Сс1Те // Омский научный вестник, 2003, N9 А (25).
КИРОВСКАЯ Ираида Алексеевна, доктор химических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники, заведующая кафедрой физической химии; МУРАШКО Юрий Александрович, старший преподаватель.
