Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц
Представлены описания лабораторных работ для студентов 2-3-х курсов, обучающихся по специальностям «Нанотехнологии в электронике» и «Квантовая электроника». В ходе выполнения работ студенты ознакомятся с некоторыми методами получения наночастиц и нанокомпозитов, приобретут навыки работы с объектами нанометрового размера и овладеют современными физико-химическими методами исследования. Каждый цикл работ предваряется теоретическим введением, которое может играть роль краткого конспекта лекций. Для студентов, аспирантов, докторантов, преподавателей классических, педагогических и технологических университетов, а также специалистов, работающих над проблемами разработки и применения нанотехнологии.
Мишина Елена Дмитриевна Шерстюк Наталия Эдуардовна Евдокимов Анатолий Аркадьевич Вальднер Вадим Олегович Долгова Татьяна Александровна Дроздова Наталия Михайловна Ежов Александр Анатольевич Ершова Наталья Ивановна Лускинович Петр Николаевич Панов Владимир Иванович Свитов Владислав Иванович Семин Сергей Владимирович Стогний Александр Иванович
Методы получения и исследования наноматериалов и наноструктур. Лабораторный практикум по нанотехнологиям : учебное пособие / Е. Д. Мишина, Н. Э. Шерстюк, А. А. Евдокимов [и др.] ; под ред. А. С. Сигова. - 6-е изд. - Москва : Лаборатория знаний, 2021. - 187 с. - (Учебник для высшей школы). - ISBN 978-5-93208-545-5. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1984941 (дата обращения: 28.04.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ
И ИССЛЕДОВАНИЯ
НАНОМАТЕРИАЛОВ
И НАНОСТРУКТУР

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
ПО НАНОТЕХНОЛОГИЯМ

Учебное пособие

6-е издание, электронное

Под редакцией академика РАН,
доктора физико-математических наук, профессора
А. С. Сигова

Допущено
Учебно-методическим объединением вузов
по университетскому политехническому образованию
в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки 222900
«Нанотехнологии и микросистемная техника»

Москва
Лаборатория знаний
2021

УДК 621.3+539.2+542
ББК 32.844.1+24.5я73
М54
С е р и я о с н о в а н а в 2009 г.
А в т о р с к и й к о л л е к т и в:
Мишина Е. Д., Шерстюк Н. Э., Евдокимов А. А.,
Вальднер В. О., Григорьев С. А., Долгова Т. В.,
Дроздова Н. М., Ежов А. А., Ершова Н. И., Лускинович П. Н.,
Панов В. И., Свитов В. И., Семин С. В., Стогний А. И.,
Федянин А. А., Щербаков М. Р.

М54
Методы получения и исследования наноматериалов и нано-
структур. Лабораторный практикум по нанотехнологиям : учебное 
пособие / Е. Д. Мишина, Шерстюк Н. Э., Евдокимов А. А.
[и др.] ; под ред. А. С. Сигова. — 6-е изд., электрон. — М. : Лаборатория 
знаний, 2021. — 187 с. — (Учебник для высшей школы). —
Систем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул.
экрана. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-93208-545-5
Представлены описания лабораторных работ для студентов 2–3-х курсов, 
обучающихся по специальностям «Нанотехнологии в электронике»
и «Квантовая электроника». В ходе выполнения работ студенты ознакомятся 
с некоторыми методами получения наночастиц и нанокомпозитов,
приобретут навыки работы с объектами нанометрового размера и овладеют
современными физико-химическими методами исследования. Каждый цикл
работ предваряется теоретическим введением, которое может играть роль
краткого конспекта лекций.
Для студентов, аспирантов, докторантов, преподавателей классических,
педагогических и технологических университетов, а также специалистов,
работающих над проблемами разработки и применения нанотехнологии.
УДК 621.3+539.2+542
ББК 32.844.1+24.5я73

Деривативное издание на основе печатного аналога: Методы получения
и исследования наноматериалов и наноструктур. Лабораторный практикум
по нанотехнологиям : учебное пособие / Е. Д. Мишина, Шерстюк Н. Э., Евдокимов 
А. А. [и др.] ; под ред. А. С. Сигова. — 2-е изд., перераб. и доп. —
М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. — 184 с. : ил. — (Учебник для высшей 
школы). — ISBN 978-5-9963-0617-6.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений,
установленных
техническими
средствами
защиты
авторских
прав,
правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков
или выплаты компенсации

ISBN 978-5-93208-545-5
© Лаборатория знаний, 2015

 Введение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Ч а с т ь 1. Получение наноразмерных структур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Получение наночастиц золота  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Получение наночастиц серебра  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Формы наночастиц золота  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Формы наночастиц серебра  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Абсорбционная спектроскопия как метод исследования  
наночастиц  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Оптические свойства растворов, содержащих наночастицы. 
Поверхностный плазмонный резонанс и комбинационное 
рассеяние. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Физико-химические основы процесса получения 
оксида алюминия методом анодного окисления  . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Р а б о т а 1.1. Формирование и оптические свойства 
наночастиц золота. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Р а б о т а 1.2. Формирование, оптические свойства 
и морфология наночастиц серебра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Р а б о т а 1.3. Формирование наночастиц платины. . . . . . . . . . . 35
Р а б о т а 1.4. Получение двумерных наноструктур оксида 
алюминия методом анодного окисления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Ч а с т ь 2. Исследование наноструктур методами сканирующей 
зондовой микроскопии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

Основы методов СЗМ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Общие принципы атомно-силовых микроскопов. . . . . . . . . . . . . . . 46
Общие принципы работы магнитно-силовых микроскопов . . . . . . 50

Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Р а б о т а 2.1. Исследование поверхности методом 
атомно-силовой микроскопии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Р а б о т а 2.2. Исследование магнитных свойств 
поверхности методом атомно-силовой микроскопии  . . . . . . . . 62

Ч а с т ь 3. Исследование наноструктур методом просвечивающей 
электронной микроскопии   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67

Общие принципы работы просвечивающих электронных
микроскопов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Оглавление

Оглавление

Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 
Р а б о т а 3.1. Исследование наночастиц платины 
на углеродном носителе методом просвечивающей 
электронной микроскопии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

Ч а с т ь 4. Оптические методы исследования наноструктур   . . . . . . . . .77

Конфокальная микроскопия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Оптическая спектроскопия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Фотолюминесценция и наноструктуры  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Магнитооптические явления в наноструктурах. . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Оптические плазмонные метаматериалы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Р а б о т а 4.1. Исследование топографии поверхности 
наноструктур методом конфокальной микроскопии 
и профилометрии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Р а б о т а 4.2. Исследование оптических свойств 
наноструктур и фотонных кристаллов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Р а б о т а 4.3. Изучение процессов фотолюминесценции 
в наноразмерных полупроводниковых структурах 
оксида цинка  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Р а б о т а 4.4. Изучение линейного магнитооптического 
эффекта Керра в наноструктурированных 
ферромагнитных материалах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
Р а б о т а 4.5. Наблюдение аномального 
двулучепреломления и дихроизма в анизотропных 
плазмонных метаматериалах  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

Ч а с т ь 5. Манипулирование нанообъектами и управление 
наноперемещениями   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134

Физические принципы оптического манипулирования 
одиночными микро- и наночастицами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Пьезоэффект и наноперемещения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
Р а б о т а 5.1. Манипулирование микро- и наночастицами 
в оптическом пинцете. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Р а б о т а 5.2. Измерение управляемого перемещения 
эталона в нанометровом диапазоне  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

Ч а с т ь 6. Обработка структур и изготовление устройств 
с применением нанотехнологий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .155

Электронный перенос в природе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
Принцип действия солнечных элементов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
Механизм процесса плазмохимического травления  . . . . . . . . . . . . 158

Контрольные вопросы   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Р а б о т а 6.1. Сборка солнечного элемента нового 
типа с использованием нанотехнологий  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
Р а б о т а 6.2. СВЧ плазмохимическое травление 
поверхности подложек и наноразмерных пленок. . . . . . . . . . . 166

Литература   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181

Целью данного цикла лабораторных работ для студентов 2–3 кур-
сов, обучающихся по специальности «Нанотехнологии в электро-
нике», является практическое освоение навыков получения и ана-
лиза основных свойств наноструктурированных материалов.
Знакомство с нанотехнологиями начинается с изучения физиче-
ских и химических способов получения наноматериалов. В практи-
куме рассмотрен химический способ получения наночастиц золота 
и серебра. Эти элементы — модельные объекты в нанотехнологии 
(например, количество работ по получению наночастиц золота и 
исследованию свойств материалов на их основе превышает число 
публикаций по наночастицам всех остальных металлов вместе взя-
тых). Есть и эстетическая сторона опыта: в течение 15-минутного 
кипячения раствора (восстановление ионов AuCl4 и образование 
наночастиц золота) цвет реакционной смеси изменяется от слабо-
желтой до темно-синей, далее фиолетовой и окончательно руби-
ново-красной (наночастицы Au) окраски.
Изготовление большинства использующихся на практике видов 
наноструктур и фотонных кристаллов в настоящее время сопря-
жено с жесткими требованиями к чистоте производства, а также 
с необходимостью применения высокоточного дорогостоящего 
оборудования, предполагающего, в свою очередь, специальное обу-
чение персонала. Проведение лабораторного практикума с исполь-
зованием таких технологий изготовления наноструктурированных 
материалов, как магнетронное и высокочастотное распыление, 
травление фокусированным ионным пучком, электронная и ион-
ная литография и т. п., потребовало бы значительных временных и 
финансовых затрат, что не представляется возможным в условиях, 
ограниченных учебным планом и временем занятий. В связи с этим 
для изучения принципов изготовления наноструктурированных 
материалов и исследования их свойств были выбраны методики, 

Введение

Введение

позволяющие полностью выполнить задания практикума за уста-
новленное время и не требующие специальной подготовки.
Цикл работ состоит из четырех основных разделов:
• получение наноразмерных структур (часть 1);
• исследование физических свойств наноструктур и от дель ных 
наночастиц (части 2, 3 и 4);
• манипулирование нанообъектами и управление нанопе-
ремещениями (часть 5);
• формирование контролируемых наноструктур и создание 
устройств с применением нанотехнологий (часть 6).
Одной из основных сложностей, с которыми приходится стал-
киваться в процессе изготовления наноматериалов, является не-
обходимость контроля их основных структурных параметров по 
показаниям приборов. Правильно подобранные технологические 
параметры обеспечивают требуемое качество, в то время как даже 
незначительные отклонения от установленных требований могут 
привести к существенному изменению свойств. В связи с этим 
приобретение навыков работы с приборами в условиях, строго 
ограниченных технологическими требованиями изготовления 
наноструктур, является одной из основных методических задач 
практикума. Этой цели посвящена лабораторная работа по изго-
товлению двумерных структур оксида алюминия методом анодного 
окисления (первая часть практикума).
В лабораторной работе, приведенной во второй части практи-
кума, проводится исследование структуры полученных студентами 
образцов с использованием метода сканирующей зондовой микро-
скопии — одного из наиболее мощных современных методов ис-
следования с высоким разрешением, освоение принципов работы 
с которым является обязательным при изучении курса «Материалы 
и методы нанотехнологий».
Еще одним методом, дающим информацию о микроструктуре 
твердых тел (качественно отличающуюся от информации, полу-
ченной методом сканирующей электронной спектроскопии), явля-
ется  просвечивающая  электронная микроскопия. Исследование, 
прививающее навыки работы на просвечивающем электронном 
микро скопе, представлено в третьей части практикума.
Особое значение имеет изучение оптических свойств упоря-
доченных и неупорядоченных наноструктур. Наиболее перспек-
тивные приложения упорядоченных наноструктур связаны с их 
фотонно-кристаллическими свойствами. Область применения 
фотонных кристаллов очень широка, многие прогнозы развития 

Введение 
7

технологий связывают будущее современной электроники именно 
с фотонными кристаллами. Работы, посвященные исследованию 
оптических свойств наноструктур и фотонных кристаллов, пред-
ставлены в четвертой части. В них студент знакомится с повсе-
местно распространенным методом оптической спектроскопии.
Студентам предстоит ознакомиться и с возможностями опти-
ческого манипулирования одиночными нано- и микрочастицами. 
Уникальной особенностью изучаемой в пятой части практикума 
методики оптического пинцета является возможность исследова-
ния свойств отдельных частиц без учета влияния ближайшего окру-
жения, что не реализуемо в большинстве традиционных методик.
Наконец, работы шестой части посвящены непосредственно 
обработке наноструктур и изготовлению устройств на их основе. 
Выполнив работу 6.1, студент сможет получить солнечный элемент 
«на коленке», понимая при этом процессы на наноуровне, а рабо-
та 6.2 познакомит его с использованием вакуумных методов в об-
работке поверхности и пленок на наноразмерном уровне.
Лабораторные работы предваряются теоретическим введени-
ем, которое может играть роль и краткого конспекта лекций по 
данной теме. Здесь приведены физические принципы измерений 
контролируемых параметров, принципиальные схемы и конкрет-
ные методики измерений, а также рекомендации по обработке 
результатов измерений.

Вещество, находящееся в наноразмерной модификации, суще-
ственно отличается по многим механическим, термодинамиче-
ским, магнитным и электрическим характеристикам от объемных 
материалов. Например, наночастицы золота обладают каталити-
ческими, ферромагнитными, настраиваемыми оптическими свой-
ствами, способностью к самосборке. Они хорошо поглощают и 
рассеивают свет, нетоксичны, химически стабильны, биосовме-
стимы, что делает их перспективными материалами для создания 
целого спектра приборов — от средств диагностики до различных 
сенсоров, устройств волоконной оптики и компьютерных наносхем 
[1–9]. Благодаря указанным свойствам наночастицы золота могут 
играть роль удобного, легко доступного, универсального модельно-
го объекта для ознакомления с основными методами и понятиями 
науки о наносистемах.

Получение наночастиц золота

Для синтеза наночастиц золота можно использовать цитратный 
метод. Отличительной особенностью этого метода, который будет 
реализован при выполнении работы 1.1, является то, что цитрат-
ион одновременно выступает в роли стабилизатора и восстанови-
теля, поэтому концентрация этих ионов играет критическую роль: 
ее изменение одновременно влияет и на скорость восстановления, 
и на процессы роста частиц. Суммарно реакцию можно выразить 
уравнением:
2АuСl3 + 3Na3C6H5O7 = 

                   = 2Au + 3Na2C5H4O5 + 3CO2 + 3NaCl + 3HC1,

если принять, что окисление цитрата идет до ацетондикарбо-
ксилата и углекислоты [1].

Ч а с т ь  1
Получение 
наноразмерных структур

Получение наночастиц серебра 
9

Получение наночастиц серебра

Существуют разнообразные методики получения наночастиц 
серебра. Серебро более активный и реакционноспособный металл, 
чем золото. Для него значительно сложнее получить наночастицы 
с узким распределением по размерам, устойчивых длительное вре-
мя. Решить эти проблемы можно правильной разработкой син-
теза и подбором подходящего стабилизатора. Использование 
наночастиц серебра в медицинской практике требует примене-
ния методов синтеза «зеле ной» химии, исключающих реагенты, 
вредные для окружающей среды. Кроме того, частицы, приме-
няемые в медицине, должны быть гидрофильными, так как они 
используются в водной среде. При этом необходимо отметить, что 
одной из основных трудностей получения наночастиц серебра 
в водных средах является малая концентрация образующихся на-
ночастиц — менее 10–4 моль/л.
Цитратный метод получения наночастиц золота, разработан-
ный Туркевичем [10], применим и к получению наночастиц се-
ребра [10–13]. Одними из первых принципиальную возможность 
восстановления ионов Ag+ цитратом продемонстрировали Ли 
и Майсель [11]. Но так как серебро более активный металл, чем 
золото 
, синтез наночастиц серебра 
происходит более сложно из-за способности серебра к быстрому 
окислению и агрегации. Для усиления устойчивости коллоидных 
растворов серебра наночастицы необходимо стабилизировать. 
В цитратном методе получения наночастиц и восстановителем, 
и стабилизатором служит цитрат-ион, получаемый при растворении 
в воде трехзамещенной натриевой соли лимонной кислоты. 
При нагревании раствора и окислении цитрат-иона образуется 
ацетондикарбоновая и итаконовая кислоты. Эти кислоты адсорбируются 
на поверхности частиц и контролируют их рост.'

   СН2СООН    
СН2СООН 
СН2СООН

НО—С—СООН 
С=СН2 
С=О

   СН2СООН 
СООН 
СН2СООН

Лимонная 
Итаконовая 
Ацетондикарбоновая
кислота 
кислота 
кислота

Ч а с т ь  1. Получение наноразмерных структур

В настоящее время предложены два механизма, объясняющие 
образование и рост наночастиц серебра:

1. 
;

2. 
R
восстановление
конденсация
коагуляция
Ag
Ag
Ag
Ag
x
m
n .

Здесь Agx — кластеры атомов серебра (<1 нм); Agm — первичные на-
ночастицы, стабилизированные цитратом (~1 нм); Agn — конечные 
наночастицы; R — восстановитель.
И по первому, и по второму механизму сначала образуются 
кластеры атомов серебра, которые затем взаимодействуют со 
стабилизатором (цитратом) и конденсируются, образуя более 
крупные частицы. По достижении размера ~1 нм конденсация 
кластеров больше не происходит, и процессы роста наночастиц 
по первому и второму механизмам начинают различаться.
В первом случае концентрация стабилизатора оказывается 
достаточной, и дальнейший рост частиц происходит за счет вос-
становления ионов серебра на поверхности наночастиц. При 
этом увеличение размеров частиц происходит медленнее, что 
приводит к образованию устойчивых коллоидных растворов на-
ночастиц, в основном сферической формы.
Во втором случае концентрация цитрата оказывается недоста-
точной, чтобы предотвратить агрегацию кластеров. Это приводит 
к образованию наночастиц большого диаметра.
Анализ литературных данных показывает, что в том случае, 
когда цитрат натрия является и стабилизатором, и восстанови-
телем, процесс формирования наночастиц становится особенно 
чувствительным к условиям синтеза. Большое влияние на размеры 
наночастиц оказывает соотношение концентраций ионов серебра и 
цитрат-иона, а также время кипячения раствора и скорость смеше-
ния реагентов. «Разнесенность» во времени процесса нуклеации и 
роста частиц является основным условием формирования моноди-
сперсных золей. Одномоментное введение раствора восстановите-
ля в реакционную среду приводит к так называемому «взрывному» 
механизму нуклеации, тогда как при порционном введении оба 
процесса идут параллельно.
В работе [14] исследовалось влияние соотношения концен-
траций соли серебра и цитрата натрия и условий проведения 
синтеза на механизм образования наночастиц, их размеры и 

Получение наночастиц серебра 
11

форму (рис. 1.1). Золь № 1 получен при мольном соотношении 
AgNO3/Na3C6H5O7 · 2H2O, равном 1 :  0,736, кипячение смеси осу-
ществлялось в течение 60 мин. Для золя № 2 мольное соотношение 
составляло 1 : 5. В золе № 3 мольное соотношение было выдержано 
таким же, что и в золе № 2, но объем раствора и содержание всех 
компонентов смеси были уменьшены в 10 раз. Цитрат был добавлен 
одномоментно; кипятили 1 ч.
На рис. 1.1, а видны мелкие «первичные» наночастицы диа-
метром не более 5 нм, образующие агрегаты различной формы — 
«предшественники» крупных частиц. В этом случае реализуется 
агрегативный механизм формирования наночастиц гидрозоля 
серебра [15]. По такому механизму идет процесс образования на-
ночастиц серебра, когда соотношение Na3C6H5O7 · 2H2O/AgNO3 заметно 
меньше единицы (в нашем случае 0,736). Половина цитрата 
натрия расходуется на восстановление Ag+ и его недостаточно для 
создания плотного адсорбционного слоя, способного обеспечить 
электростатическую стабилизацию наночастиц.
Золь № 2 содержит неагрегированные частицы, как сферической, 
диаметром около 50 нм, так и стержнеобразной формы. 
Наблюдаются также наносферы размером 3–5 нм. Золь № 3 содержит 
такие же мелкие наночастицы. В этом случае нуклеация и 
рост наночастиц происходят параллельно за счет низкой скорости 
восстановления ионов Ag+. При одномоментном введении раствора 
цитрата натрия происходит формирование более крупных 
ограненных частиц и увеличение доли наностержней в коллоидном 
растворе. Для золей № 2 и № 3 реализуется первый механизм 
(см. с. 14), по которому рост «первичных» наночастиц происходит 
за счет автокаталитического восстановления ионов металла на их 
поверхности [16–17]. Источником ионов серебра может служить 

. 1.1. Электронные микрофотографии наночастиц золей № 1 (а), 
№ 2 (б) и № 3 (в) [14]

Ч а с т ь  1. Получение наноразмерных структур

первоначально введенный в систему нитрат серебра [15]. Авторы 
работы [16] считают, атомы наночастиц серебра окисляются до 
ионов, причем в первую очередь окисляются атомы частиц наименьшего 
размера. Это обусловлено эффектом, лежащим в основе 
изотермической перегонки (оствальдовского созревания), 
когда растворимость вещества дисперсной фазы увеличивается 
с уменьшением размера ее частиц.
В методе Кери Ли [18] роль восстановителя Ag+ играет сульфат 
двухвалентного железа, а цитрат натрия стабилизирует образующиеся 
частицы [18–21]. Реакция проводится при комнатной температуре. 
При уменьшении соотношения Na3C6H5O7/FeSO4 в реакционной 
системе можно увеличить диаметр частиц до 180 нм. Рост 
частиц происходит, предположительно, по агрегатному механизму, 
причем чем больше скорость перемешивания раствора, тем меньше 
агрегация наночастиц и тем больше монодисперсность раствора 
[21]. Золи, полученные методом Кери Ли, превосходят по своим 
характеристикам обычные цитратные золи серебра. Недостатком 
метода является использование в классической схеме синтеза высоких 
концентраций реагентов. Это приводит к необходимости 
проведения ряда последовательных циклов осаждения центрифу-
гированием и редиспергирования частиц металла.
Боргидрид натрия (NaBH4) чаще применяется при получении 
наночастиц серебра, чем растворы цитрат-ионов. Это объясняется 
более высокой восстановительной способностью боргидрида на-
трия и простотой применения. Как и в цитратном методе, боргид-
рид натрия служит одновременно и восстановителем, и стабили-
затором образующихся наночастиц [22, 23].
Исследование механизма роста наночастиц показало, что в слу-
чае применения боргидрида натрия, главную роль играет агрегация 
образовавшихся кластеров. До этого считалось, что согласно модели 
Ла Мера–Дайнегера [24] основное число коллоидных частиц соз-
дается в течение короткого времени нуклеации, а дальнейший рост 
происходит за счет восстановления ионов серебра на поверхности 
частиц (как в цитратном методе). Проведенные исследования по-
казали, что концентрация ионов серебра в растворе не меняется 
в процессе роста наночастиц. Это доказывает, что рост частиц не 
может происходить за счет восстановления серебра на поверхности 
кластеров. Увеличение размера частиц происходит за счет агрегации 
кластеров при разложении боргидрида натрия, когда его стабили-