ДИФФУЗИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ЗОЛЬ

ДИФФУЗИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ЗОЛЬГЕЛЬ ПЛЕНКА- СТЕКЛЯННАЯ ПОДЛОЖКА
А.Б. Аткарская, В.Г. Шеманин
Новороссийский политехнический институт КубГТУ, тел. (8617)613291,
atkarsk06@mail.ru
Процесс нанесения тонких пленок по золь-гель технологии сопровождается
выщелачиванием из стеклянных подложек и проникновением в пленку оксидов натрия,
кальция и кремния, существенно влияющих на свойства композитов. Интенсивность
диффузии компонентов подложки в пленку снижается с ростом температуры и
продолжительности режима обжига композита.
В продолжение работ [1, 2] исследовано влияние режимов термообработки
композитов листовое флоат- стекло + золь- гель пленка молекулярного состава 20
Bi2O3,25Fe2O3,55TiO2, полученные в идентичных условиях. Концентрацию c оксидов
Na, Ca, Si и ширину переходного слоя h пленки-подложка оценивали по результатам
вторичной ионной масс-спектроскопии, показатель преломления композитов nэллипсометрически и эти результаты приведены в таблице.
Режим обжига
Na2O
350о-30 мин
350о-60 мин
450о-30 мин
450о-60 мин
550о-30 мин
550о-60 мин
c,%
11,7
11,6
11,3
7,6
4,3
3,1
h,нм
700
730
650
600
670
620
Диффузия
CaO
c,%
h,нм
1,4
710
1,7
720
1,3
640
1,3
610
1,3
680
1,5
630
( Na2O+
SiO2
c,%
3,3
1,4
0,7
4,3
2,1
2,1
h,нм
700
730
660
610
670
630
CaO+
SiO2),%
16,4
14,7
13,3
13,2
7,7
6,7
Значение
n
2,060,03
2,050,05
2,120,08
2,190,04
2,100,10
2,100,01
Кислые среды, к числу которых принадлежали пленкообразующие растворы,
способствуют выщелачиванию из стекла преимущественно оксида натрия,
соответственно, его концентрация в пленке в 1,5 – 15 раз больше, чем проникающего из
стекла оксида кремния, и в 2-9 раз больше, чем СаО. Поскольку температура обжига
композитов невелика и лимитируется температурой начала деформации подложки,
составляющие скелет пленки наночастицы (размер << 100 нм) дисперсной фазы золя,
вероятно, недостаточно уплотняются. То есть пленка представляет собой
многопористое образование, поэтому увеличение температуры и (или) длительности
обжига таких объектов способствует схлопыванию пор и их уплотнению. Закономерно
предположить, что это будет затруднять диффузию компонентов из подложки.
Действительно суммарная концентрация оксидов Na, Ca, Si (см. табл.) уменьшается
примерно в 2 раза с ростом температуры от 350 до 550°С, а двукратное увеличение
продолжительности обжига от 30 до 60 мин. снижает интенсивность суммарной
диффузии на ~ 10%.
Показатель преломления пленок складывается из показателя преломления
материала скелета, дополнительно обогащенного оксидами Na, Ca, Si , и показателя
преломления заполняющих поры веществ (воздуха, паров воды). Поэтому повышение
температуры положительно влияет на значение n. Улучшение однородности
микроструктуры, зависящей от температурно-временных условий обжига пленок,
обусловили максимальные значения показателя преломления композитов, прошедших
термообработку при 450оС. Интенсивность диффузии компонентов подложки в пленку
снижается с ростом температуры и продолжительности режима обжига композита.
1 Аткарская А.Б., Киян В.И // Стекло и керамика. 2007. № 7. С. 3-7
2 Аткарская А.Б. // Стекло и керамика. 2008. №2. С.14-17