Properties of silica porous glasses with the nanoparticle ensembles of some compounds

Я.І. Лепіх; І.К. Дойчо

doi:10.15330/pcss.24.2.323-334

Автор(и)

Я.І. Лепіх Міжвідомчий науково-навчальний фізико-технічний центр МОН та НАН України при Одеському національному університеті імені І.І.Мечникова, м. Одеса, Україна
І.К. Дойчо Міжвідомчий науково-навчальний фізико-технічний центр МОН та НАН України при Одеському національному університеті імені І.І.Мечникова, м. Одеса, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.24.2.323-334

Ключові слова:

кремнеземне пористе скло, люмінесценція, сенсори газу, сенсори вологості, обробка вуглецем, омічні контакти, барвники

Анотація

У цьому огляді систематизовано властивості шпаристих силікатних стекол. Описано методи формування у шпаринах ансамблів наночастинок речовин, що використовуються у мікроелектроніці. Шпаристі силікатні стекла є перспективними в цьому сенсі завдяки власній хімічній стійкості, механічній тривкості та гарній розгорнутості своєї внутрішньої поверхні. Проте, власний електричний опір стандартних зразків цієї речовини є надто великим, і через це у сенсориці її, зазвичай, використовують переважно як матрицю для сенсорів люмінесцентного типу. Досліджено залежність люмінесцентних властивостей системи як від молекулярної будови досліджуваних речовин (на кшталт барвників або оксидів металів), так і від технологічних умов формування ансамблів наночастинок. Виявлено, до яких саме газів є чутливими барвники конкретного типу і чому вони поводять себе саме таким чином. Продемонстровано, завдяки яким властивостям розглянутих нанорозмірних систем виникає зазначена газочутливість. До того ж, завдяки особливостям будови шпаристих силікатних стекол, у їхні шпарини можна вбудовувати провідну фазу шляхом спеціальної обробки. Після зазначеної обробки стекла можуть використовуватися як матриця для формування сенсорів резистивного типу.

Посилання

I.K. Meshkovsky. The Composite Optical Materials Based on Porous Matrices (Sankt-Petersburg, 1998).

V.A. Smyntyna, V.M. Skobeeva, N.V Malushin. The Boundary Influence on the Optical and Luminescent Properties of the Quantum Dots of the CdS In A Polymer, Fizika i Khimiya Tverdogo Tela, 12(2), 355 (2011).

V.A.Smyntyna, V.M. Skobeeva, N.V. Malushin. Influence of the Surface on the Spectrum of Luminescence NC CdS in Gelatine Matrix, Photoelectronics, 21, 50 (2012).

I.K. Doycho. Study of the Photoluminescent Properties of Nanoparticles Ensembles of Dyes, In book: Non Equilibrious Processes in the Sensor Structures, p.120 (Ed. V.A. Smyntyna, ONU, Odesa, 2015).

S.A. Gevelyuk, I.K. Doycho, E. Rysiakiewicz-Pasek, K. Marczuk. Relative Changes of Porous Glass Dimensions in Humid Ambiance, Journal of Porous Materials, 7, 465 (2000).

S.A. Gevelyuk, I.K. Doycho, D.V. Lishchuk, L.P. Prokopovich, E.D. Safronsky, E. Rysiakiewicz Pasek, Ya.O. Roizin. Linear Extension of Porous Glasses with Modified Internal Surface in Humid Environment, Optica Applicata, 30(4), 605 (2000).

S.A. Gevelyuk, I.K. Doycho, L.P. Prokopovich, E. Rysiakiewicz-Pasek, E.D. Safronsky. Humidity Dependencies of Porous Sol-Gel and Silica Glass Linear Sizes, Material Science, 20(2), 23 (2002).

E. Rysiakiewicz-Pasek, V.A. Vorobyova, S.A. Gevelyuk, I.K. Doycho, V.T. Mak. Effect of Potassium Nitrate Treatment on the Adsorption Properties of Silica Porous Glasses, Journal of Non-Crystalline Solids, 345, 260 (2004).

O.V. Tyurin, Y.M. Bercov, S.O. Zhukov, T.F. Levitskaya, S.A. Gevelyuk, I.K. Doycho, E. Rysiakiewicz-Pasek. Dye Aggregation in Porous Glass, Optica Applicata, 40 (2), 311 (2010).

O.V. Mazurin, G.P. Roskova, V.I. Averianov, T.V. Antropova. Biphasic Glasses: Structure, Properties, Applications (Nauka, Leningrad, 1991).

I.K. Doycho, V.S. Grinevych, and L.M. Filevska. Porous Silica Glasses as a Model Medium for the Formation of Nanoparticles Ensembles: Review, Advanced Nanomaterials for Detection of CBRN, NATO Science for Peace and Security Series A: Chemistry and Biology, 283 (2020); https://doi.org/10.1007/978-94-024-2030-2_21.

I.D.Tolmachov, O.V. Stronsky. Optical Nonlinearities in Chalcogenides Vitreous Semiconductors. Review, In book: Optoecectronics and semiconductor technique, 45, 27 (2010).

V.M. Mitsa, R. Golomb, O. Kondrat, N. Popovich. Synchrotron XPS Studies of Illuminated and Annealed Flash Evaporated a Ge253 Films, J. Non-cryst. Solids, 401, 258 (2014).

I.K. Doycho, S.A. Gevelyuk, E. Rysiakiewicz-Pasek. Photoluminescence of Tautomeric Forms of Nanoparticle Ensembles of Dyes Based on the 4-valence Stannum Complexes in Porous Silica Glass, Photoelectronics, 24, 30 (2015).

S.A. Gevelyuk, V.S. Grinevych, I.K. Doycho, L.M. Filevska. The Active Environment Influence on the Luminescence of SnO2 Nanoparticles’ Ensembles in a Porous Matrix, Applied Physics A, 126(12) , 919 (2020); https://doi.org/10.1007/s00339-020-04101-4.

S.A. Gevelyuk, V.S. Grinevich, I.K. Doycho, Ya.I. Lepikh, L.M. Filevska. The Radiation Peculiarities of Nanoscale SnO2 in a Porous Matrix, Journal of Nano- and Electronic Physics, 12(3), 03020(2020); https://doi.org/10.21272/jnep.12(3).03020.

Ya.I. Lepikh, T.I. Lavrenova, N.M. Sadova. Structural-phase and Electrophysical Properties of Nanocomposits Based on the “glass-Ni3B” system, Recived by the Catode Beam Annealing, Journal of Nano- and Electronic Physics, 9(5), 05005(2017); https://doi.org/10.21272/jnep.9(5).05005.

Ya.I. Lepikh, T.I. Lavrenova. Influence of a Glass Properties and Structural-phase Transformations on Electrophysical Parameters of Semiconductor Systems “glass-Pb2Ru2O6, Ru”, Radioelectronics & Info Communications, IEEE 11-16 Sept. 2016, 259 (2016); https://doi.org/10.1109/UkrMiCo.2016.7739616. http://eeexplore.ieeeorg/document/7739616/.

Ya.I. Lepikh, T.I. Lavrenova, T.N. Bogdanova, N.P. Zatovska, P.O. Snegur. Annealing Temperature Modes Influence on Properties of Heterophase Nanocomposites Bassseddd on Ceramics “glass – Ag-Pd” Systems, J.Functional Materials, 21(3), 297 (2014).

N.V. Shmatkova, I.I. Seifullina, I.K. Doycho, S.A. Gevelyuk, V.A. Smyntyna, R.V. Viter. 2-nd International Conference «Applied Physics and Non-organic Chemistry», (DIP, Simferopol, 2013), 197.

S.A. Gevelyuk, E. Rysiakiewicz-Pasek, I.K. Doycho. Dependence of Photoluminescence of Nanoparticle Ensembles of Stannum (IV) Complexes in Silica Porous Matrix on Concentration of Saturating Solution, Photoelectronics, 25, 40 (2016).

O.V. Tyurin,.V.P. Churashov, S.O. Zhukov, L.I.Manchenko, T.F. Levitska, O.I. Sviridova. Interaction between Molecular Dyes and Polymolecular Formations, Optika I Spektroskopija, 104 (1), 97 (2008).

W. Cooper. Electronic Adsorption, Luminescence and Related Properties of Resolved J-aggregates of 1,1'-diethyl-2,2'-cyanine Adsorbed to Silver Halide, Photographic Science and Engineering, 17 (2), 217 (1973).

I.K. Doycho, S.A. Gevelyuk, Ya.I. Lepikh, E. Rysiakiewicz-Pasek. Gas Sensibility Features of Dyes on the Base of Sn(IV) Complexes, SEMST, 14 (1), 31 (2017).

I.K. Doycho, S.A. Gevelyuk, Ya.I. Lepikh, E. Rysiakiewicz-Pasek. Nature of Gas Sensitivity of Dyes on the Base of Sn(IV) Complexes, Optica Applicata, 49 (3), 427 (2019).

Patent of Ukraine №119092, Ammonia sensor: IPC G01N 21/64 (2006.01); Gevelyuk S.A., Doycho I.K. Lepikh Ya.I.; registered in State Register of invention patents 25.04.2019.

Patent of Ukraine №118415, HCl vapours sensor: IPC G01N 21/76 (2006.01); Lepikh Ya.I., Doycho I.K., Gevelyuk S.A.; registered in State Register of invention patents 10.01.2019.

S.A. Gevelyuk, I.K. Doycho, L.P. Prokopovich, E. Rysiakiewicz-Pasek, K. Marczuk. The Influence of Anneal of Incorporated Carbon on the Photoluminescence Properties of Porous Glass and Porous Silicon, Polish Ceramic Bulletin 19, Ceramics 57, Porous and Special Glasses, p.59 (Ed. L.Stoch, Polish Ceramic Society, Krakow, Poland, 1998).

S.A. Gevelyuk, I.K. Doycho, L.P. Prokopovich, E. Rysiakiewicz-Pasek, E.D. Safronsky. Influence of Carbon Multiple Treatments on the Photoelectrical Properties of Porous Glasses, Radiation Effects & Defects in Solids, 158, 427(2003); https://doi.org/10.1080/1042015022000037292.

Hubert Grange, Jean-Sebastien Danel, Brigitte Desloges, and Vincent Jousseaume. US patent 8739622 B2, Jun.3, 2014, G01N27/00.

E.D. Safronsky, Y.O. Roizin, E. Rysiakiewicz-Pasek. Application of Porous Glasses for Humidity Control, Optical Materials, 5, 217 (1996).

S.A. Gevelyuk, I.K. Doicho, L.P. Prokopovich, D.P. Savin. The Structural and Luminescent Properties of the Porous Silicon, Obtained by the Laser Ablation Method, Photoelectronics, 8, 18 (1999).

E. Rysiakiewicz-Pasek, S.A. Gevelyuk, I.K. Doycho, L.P. Prokopovich, E.D. Safronsky. Antibiotic Hentamicini Sulphate Effect on Photoluminescent Properties of the Silicate Porous Glasses, which Are Suitable for Ophthalmologic Prosteting, Optica Applicata, 33 (1), 33 (2003).

E. Rysiakiewicz-Pasek, S.A. Gevelyuk, I.K. Doycho, V.A. Vorobjova. Application of Porous Glasses in Oftalmic Prostetic Repair, Journal of Porous Materials, 11, 21 (2004).