Исследование методом атомно-силовой микроскопии микротопографии дефектных областей поверхности многофункциональных покрытий для космических аппаратов, возникающих в процессе хранения

Решетневские чтения

G. M. Zeer, N. S. Nikolaeva, M. Yu. Kuchinskiy, O. N. Ledyaeva Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

NANODIMENSIONAL ZINC OXIDE FOR SILVER BASED ELECTROTECHNICAL MATERIALS

The electrical contact material, which is based on silver with ultrafine particles of zinc oxide was obtained by the two methods. The microstructure of these composites was investigated.

© Зеер Г. М., Николаева Н. С., Кучинский М. Ю., Ледяева О. Н., 2010

УДК 538.971

А. Ю. Игуменов, Г. А. Александрова, Е. П. Березицкая Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

А. А. Чернятина, Р. А. Ермолаев ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ МИКРОТОПОГРАФИИ ДЕФЕКТНЫХ ОБЛАСТЕЙ ПОВЕРХНОСТИ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ, ВОЗНИКАЮЩИХ В ПРОЦЕССЕ ХРАНЕНИЯ*

Методом АСМ исследованы поверхности радиопрозрачного терморегулирующего покрытия на разных стадиях разрушения, возникающего в процессе длительного хранения. Получены данные о структуре поверхности покрытия в нанометровом диапазоне, проведено сравнение различных по степени разрушения областей между собой, установлена тенденция изменения микрорельефа поверхности в процессе старения.

Солнечное и корпускулярное излучения оказывают негативное влияние на космические аппараты (КА). Колебания температуры и неравномерный нагрев элементов антенн способны вызвать изменение диаграммы направленности электромагнитного излучения антенны КА. Под действием корпускулярного излучения на диэлектрических поверхностях космических аппаратов скапливается неоднородный электростатический заряд, вызывающий разряды между областями с разным потенциалом, способствующие ухудшению характеристик оптических поверхностей и вызывающие помехи и сбои бортовой электронной аппаратуры.

Эффективным способом уменьшения перепада температур на конструкции антенны является использование светоотражающего терморегулирующего экрана из радиопрозрачного материала. Для защиты от электризации необходимо нанесение на внешнюю поверхность покрытия радиопрозрачных электропроводных слоев, не ухудшающих характеристики светоотражающего покрытия.

Нами было исследовано радиопрозрачное термо-регулирующее покрытие с верхним слоем полупроводникового материала, нанесенного методом термического испарения. Электропроводный радиопрозрачный подслой покрытия получен методом магне-тронного распыления. Ранее замечено, что в результа-

те длительного хранения указанного покрытия на изначально глянцевой поверхности образуются темные матовые пятна, что свидетельствует о его разрушении. На поверхности исследованного образца были визуально различимы несколько областей с различной степенью разрушения покрытия: светлая глянцевая неповрежденная область, переходная и самая темная область, в которой покрытия практически не осталось. Методом атомно-силовой микроскопии был исследован микрорельеф поверхности в каждой из этих областей. Измерения проводились на сканирующей зон-довой нанолаборатории «Интегра Аура». Была проведена компьютерная обработка полученных изображений рельефа и найдены параметры поверхностных структур. Также определена средняя шероховатость и распределение наблюдаемых поверхностных структур по высотам.

Анализ полученных данных показал, что при переходе от светлой области к темной, где полностью разрушено глянцевое полупроводниковое покрытие, увеличиваются размеры нанокластеров на поверхности, увеличивается шероховатость, в связи с чем уменьшается отражательная способность покрытия. Результаты исследований будут учтены при оптимизации состава и технологии изготовления радиопрозрачного терморегулирующего покрытия.

'Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (номер контракта П590).

Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической отрасли

А. Yu. Igumenov, G. А. Аlexandrova, Е. P. Berezitskaya Siberian State Aerospace University named after academician М. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

А. А. Chernyatina, R. А. Ermolaev JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

THE RESEARCH BY ATOMIC-FORCE-MICROSCOPY MICROTOPOGRAPHY OF DEFECTED FIELDS OF SURFACE OF MULTIFUNCTIONAL COVERS FOR SPACE DEVICES, WHICH ARE CREATING DURING OF CONSERVATION

The work is devoted to investigation of radio-transparent thermo-balance cover surface on different stage of destruction, which appears during a long conservation. The data of cover's surface structures in nanometer range were obtained, the comparison of different regions was realized, the character of surface micro relief evolution appearing during the conservation was determined.

© Игуменов А. Ю., Александрова Г. А, Березицкая Е. П., Чернятина А. А., Ермолаев Р. А., 2010

УДК 621.921

А. Коваленко

Чешский технический университет, Чешская Республика, Прага И. Кратохвилова, Ф. Фендрих Институт физики, Чешская Республика, Прага

С. Залиш

Институт физической химии имени Я. Гейровского, Чешская Республика, Прага

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКАЯ СИМУЛЯЦИЯ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ НАНОАЛМАЗНЫХ ЧАСТИЦ

Изучаются свойства флуоресцентных наноалмазных частиц посредством их моделирования при помощи программного пакета Gaussian 09. Особое внимание уделено зависимости флуоресценции от химии поверхности наноалмазов.

В последние годы в науке все больше внимания привлекает к себе алмаз в различных его видах. На-нокристаллические и ультрананокристаллические алмазные частицы помимо свойств кристаллических алмазов обладают особенными характеристиками, которые определяют широчайшие возможности их применения. Уникальные электрические, оптические и механические свойства делают наноалмазы исключительно перспективным материалом в самых различных областях. На основе наноалмазов разрабатываются МЭМС-устройства, биосенсоры, различные полупроводниковые приборы и т. д.

Благодаря нанометровым размерам кристаллитов наноалмазы обладают колоссальной величиной удельной поверхности. В силу особенностей технологии производства и очистки, структура наноалмазов отличается от структуры алмазных монокристаллов: поверхность нанокристаллов содержит атомы углерода, отдельные связи которых не скомпенсированы, что приводит к ультравысокой поверхностной активности наноалмазов. В связи с этим свойством наноалмазы обладают уникальной сорбционной емкостью и могут быть с успехом использованы не только в области технологий и производства, но также в качестве эффективной системы доставки лекарств и генной терапии.

Одним из уникальных физических свойств нано-алмазов, а также характеристикой кристаллических алмазов, является собственная фотолюминесценция, происходящая от структурных дефектов и примесей.

Особое значение для науки предствляют так называемые NV-центры окраски, состоящие из атома азота и близлежащей вакансии. Подобные дефекты имеют как нейтральный (NV0), так и отрицательный (NV-) заряды. Оба центра фотостабильны и имеют различные длины волн флюоресценции, которые могут быть легко идентифицированы на индивидуальном уровне. Это свойство позволяет расценивать наноалмаз как основу для дальнейшего развития более точных методов биомаркировки. Также флуоресцентные наноал-мазы рассматриваются как перспективный материал для создания квантовых вычислительных устройств.

Основной целью данной работы является глубокое изучение механизмов флюоресценции наноалмазов, а также свойств и параметров, влияющих на характеристики испускаемого излучения. В качестве метода исследования был использован програмный пакет Gaussian 09 с использованием теории функционала плотности. Были проанализированы модели кластеров наноалмазов, содержащие от 35 до 120 атомов углерода, с различными модификациями поверхности, включая водород, а также различные соединения кислорода, азота и водорода. В результате этих расчетов получены данные об изменениях геометрии кристаллической решетки основного и возбужденного состояния, плотности электронных состояний на отдельных атомах, электронные переходы. Полученные данные определяют изменения энергии поглощения и, соответственно, люминесценции наноалмазных частиц.