КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Обложка Плесков Ю.В. Электрохимия алмаза
Id: 6466
 
254 руб. 199 руб.

Электрохимия алмаза

URSS. 2003. 104 с. Мягкая обложка. ISBN 5-354-00158-7.
Внимание: АКЦИЯ! Только до 01.07.2017!

Благодаря своей исключительной химической стойкости, алмаз является перспективным электродным материалом для использования в теоретической и прикладной электрохимии. В настоящей монографии подводятся итоги фундаментальных исследований электродов из синтетического алмаза (электрохимическая кинетика, фотоэлектрохимия, спектроскопия электрохимического импеданса). Прослеживается связь между полупроводниковой природой и кристаллической структурой алмаза и его электрохимическим поведением. Намечены перспективы применения алмазных электродов в электроанализе, электросинтезе и экологически-ориентированных производствах.

Книга предназначена для исследователей, инженеров и аспирантов, специализирующихся по физической химии, физике, технологии и материаловедении синтетического алмаза, а в более широком плане --- для всех интересующихся электрохимией полупроводниковых материалов.


Оглавление
Предисловие
1История вопроса
2Получение алмазных тонкопленочных электродов
  2.1.Выращивание пленок
  2.2.Легирование пленок
  2.3.Получение алмазных наноструктур и пленок аморфного алмазоподобного углерода
3Кристаллическая структура и основные электрофизические характеристики алмазных пленок
  3.1.Кристаллическая структура
  3.2.Электропроводность пленок
  3.3.Поверхностная проводимость
4Пленки синтетического алмаза в качестве электродов: предварительная характеристика
  4.1.Фоновые кривые ток--потенциал
  4.2.Коррозионная стойкость
5Спектроскопия импеданса: строение двойного слоя и полупроводниковые свойства алмазного электрода
  5.1.Линейный импеданс. Эквивалентные схемы
  5.2.Влияние степени окисленности поверхности
  5.3.Влияние кристаллической структуры
  5.4.Нелинейный импеданс
  5.5.О природе частотной зависимости дифференциальной емкости алмазных электродов
6Кинетика электродных реакций
  6.1.Кинетика внешнесферных реакций. "Металлоподобные" алмазные электроды
  6.2.Полупроводниковые свойства алмаза и электродная кинетика
  6.3.Кристаллическая структура и электродная кинетика: сравнение электродов из моно- и поликристаллического алмаза и аморфного алмазоподобного углерода
  6.4.Кинетика внутрисферных реакций
  6.4.1.Реакции газовыделения и газопоглощения
  6.4.2.Реакции органических и неорганических соединений. Алмазные электроды в препаративном электролизе
  6.4.3.Электроосаждение металлов на алмаз
7Некоторые применения алмазных электродов
  7.1.Электроанализ
  7.2.Экология
8Электрохимия алмазоподобного углерода
9Фотоэлектрохимия алмаза
10Электрохимические и фотоэлектрохимические методы в материаловедении алмаза
Заключение
Литература

Предисловие

С момента появления первой статьи по электрохимии алмаза прошло 15 лет. Естественный ход развития этой новой области потребовал подведения некоторых промежуточных итогов (промежуточных -- потому что интенсивность исследований в последние годы не только не спадает, но даже увеличивается). Хотя в печати появилось несколько обзоров, но они охватывают лишь отдельные стороны проблемы. В этой книге сделана попытка дать объективное представление о современном состоянии дел в нашей области.

Автор приносит благодарность сотрудникам группы, с которыми он непосредственно проработал многие годы: М.Д.Кротовой, А.Я.Сахаровой, Ю.Е.Евстефеевой -- и многочисленным коллегам, в совместной работе с которыми получены научные результаты, вошедшие в эту книгу.

Исследования, которые легли в основу монографии, выполнены при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты N96--03--34133, 98--03--32057, 01--03--32045), а также Программы международных проектов Фонда NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization), проект 01МВ9.


История вопроса

Алмаз -- уникальный по своим свойствам материал: он обладает рекордно высокими атомной плотностью и твердостью, прекрасный диэлектрик и т.д. (см. табл.1). Все это привлекало и привлекает к алмазу внимание специалистов из различных областей науки и техники, не говоря уже об интересе со стороны широких масс населения, вызванном использованием алмаза в ювелирном деле.

История интенсивных электрофизических, физико-химических, оптических исследований алмаза насчитывает несколько десятилетий. Постоянно расширяется и область его практических применений, например, в технологии сверхтвердых материалов. В то же время надежды на возможность использовать пленки синтетического алмаза в микроэлектронике (создание полупроводниковых микросхем для работы, например, при повышенных температурах) пока не оправдались, возможно, из-за недостаточного структурного совершенства получаемого материала. С тем большей настойчивостью ведутся поиски новых областей применения алмазных материалов; это и послужило толчком к проникновению алмаза в электрохимию.

Благодаря своей исключительной химической стойкости, алмаз, несомненно, является перспективным кандидатом в электродные материалы. Однако, в отличие от многочисленных других углеродных материалов, которые давно нашли широкое практическое применение (графит, стеклоуглерод, пиролитический графит, углеволокно и др.), электрохимическое исследование алмаза было начато сравнительно недавно, около пятнадцати лет тому назад. До недавнего времени такому исследованию серьезно препятствовали два обстоятельства: во-первых, алмаз оставался экзотическим, труднодоступным материалом, для получения которого требовались очень высокие температуры и давления; во-вторых, алмаз как таковой -- изолятор, он не проводит электрического тока и потому не может служить материалом для электродов.

Ситуация принципиально изменилась в связи с успехами технологии получения тонких пленок алмаза из газовой фазы при субатмосферном давлении. Были разработаны высокоэффективные методы выращивания поликристаллических алмазных пленок на алмазных и не алмазных подложках. Такие пленки при массовом производстве будут, очевидно, относительно недорогими. Путем легирования акцепторной примесью (бором) удалось получить пленки с весьма хорошей проводимостью, которые по своей природе являются полупроводниковыми, а при высоком уровне легирования -- и квазиметаллическими. Вместе с первыми исследованиями алмазного электрода в электрохимии полупроводниковых материалов  возник новый раздел -- электрохимия алмаза.

Формально первой работой по электрохимии алмаза является статья, авторы которой попытались изготовить электрод из диэлектрического кристалла алмаза. Для того, чтобы придать электропроводность хотя бы тонкому внешнему слою кристалла и таким образом получить возможность пропускания электрического тока, они имплантировали в кристалл ионы Ar+, O+, N+ и Zn2+. Но аргон вообще не является легирующей примесью в алмазе; примеси же кислорода и азота если и придают алмазу проводимость, то лишь при температурах намного выше комнатной. Основным результатом ионной имплантации является, очевидно, аморфизация внешнего слоя алмаза (см., например,). В результате разрушения кристаллической решетки и появления большого числа атомов углерода с sp2-гибридизацией C--C орбиталей в слое аморфизованного алмаза возникает заметная электропроводность. Действительно, авторы работы  отмечают: "Это явление [т.е. возникновение проводящего поверхностного слоя на алмазе (Ю.П.)] можно объяснить увеличением толщины аморфного слоя". Так что работа  относится, строго говоря, к электрохимии неалмазного (аморфного) углерода, а не алмаза. Роль цинка в описанных экспериментах осталась невыясненной: "Повышение проводимости при имплантации Zn2+ может быть вызвано не только появлением аморфной фазы, но также и собственно металлическими включениями".

Фактически электрохимия алмаза началась с работы, в которой впервые была получена вольт-амперная характеристика и измерена дифференциальная емкость на границе раздела поликристаллический алмаз/раствор электролита; также была обнаружена фоточувствительность алмазных электродов, которая была сопоставлена с полупроводниковыми свойствами алмаза. За исследованиями российских авторов вскоре последовали работы электрохимиков из Японии, Израиля, Франции, США, Швейцарии, Германии и других стран. Если в самых первых работах использовались алмазные пленки, хотя и с совершенной кристаллической структурой, но не легированные (их проводимость приписывали [11] неким не идентифицированным примесям или точечным дефектам, введенным специальным тепловым режимом при выращивании пленок), то, начиная с работы, в электрохимических исследованиях применялся алмаз, легированный бором. Переход на специально легированные электроды придал дополнительный импульс исследованиям в этой сфере. В последние годы число лабораторий, занятых исследованиями алмазных электродов, и число публикаций по электрохимии алмаза неуклонно возрастает.

В этой книге мы постарались собрать и обобщить важнейшие результаты по электрохимическому поведению синтетического полупроводникового алмаза и применению электрохимических методов для определения характеристик алмазных пленок, а также наметить перспективы развития этой новой области электрохимии. При обсуждении вопросов электрохимии полупроводников мы будем обращаться к монографии [6].


Об авторе
ПЛЕСКОВ Юрий Викторович

Доктор химических наук, профессор, главный научный сотрудник Института электрохимии им. А.Н.Фрумкина Российской академии наук.

Области научных интересов: электрохимия полупроводников, фотоэлектрохимия, фотоэлектрохимическое преобразование солнечной энергии и электрохимия алмаза. Последнее направление современной электрохимии Ю.В.Плесков основал в 1987 году.

Автор свыше 250 научных статей, обзоров, авторских свидетельств, зарегистрированного открытия и пяти монографий, изданных в СССР, США, ФРГ, Китае и Польше. Наиболее часто цитируемые книги: Электрохимия полупроводников (в соавторстве с В.А.Мямлиным). М.: Наука, 1965; Фотоэлектрохимия полупроводников (в соавторстве с Ю.Я.Гуревичем). М.: Наука, 1983.