Реверсивная среда для записи и хранения информации на основе диоксида ванадия V2O5

Реверсивная среда для записи и хранения информации на основе
диоксида ванадия V₂O₅
¹Гаибназаров Б.Б.,¹Турсунов М.О., ¹Тажибаев А.Т., ²Хожиев Ш.Т., ²Косимов И.О.
¹ТашГТУ, г.Ташкент, ул.Университетская 2, ²Институт биоорганической химии им.акад. О.С. Содыкова АН РУз
Аннотация
Рентгендифракционный анализ материалов является стандартным методом идентификации фаз и характеризации поликристаллических материалов[1]. Экспериментально обнаружены различные пики в спектрах рентгенофазового анализа (XRD) образца пента оксида ванадия V₂O₅. На основе данных (XRD) образца пента оксида ванадия V₂O₅ определены индексы Миллера и параметры решетки. Полученные экспериментальные данные хорошо согласуется с данными, полученными другими методами.
Ключевые слова: пента оксид ванадия, порошок, широкозонный полупроводник, индексы Миллера, микроструктура.
Reversible medium for recording and storing information based on vanadium dioxide V₂O₅
Abstract
X-ray diffraction analysis of materials is a standard method for phase identification and characterization of polycrystalline materials [1]. Experimentally, various peaks were detected in the X-ray phase analysis (XRD) spectra of vanadium penta oxide V₂O₅. Based on the data (XRD) of sample of vanadium penta oxide V₂O₅ obtained for samples with different modes of powder production, Miller indices and lattice parameters were determined. The experimental data obtained are in good agreement with the data obtained by other methods.
Keywords: vanadium penta oxide, powder, wide-gap semiconductor, Miller indices, microstructure.
Введение
В настоящей работе порошковый рентгенофазовый метод анализа был использован для изучения структуры, состава и свойства сырьевого материала образца пента оксида ванадия, полученного в различных условиях. С его помощью исследовали минералогический [1] и фазовый составы [4]. Изучение физико химических свойств оксидов ванадия представляет значительный интерес с точки зрения микро и наноэлектроники. В частности, резкое и обратимое изменение физических свойств диоксида ванадия при фазовом переходе металл–полупроводник в сочетании с интерференционными явлениями в тонких пленках позволяет использовать этот материал в качестве реверсивной среды для записи и хранения оптической информации, управляемых зеркал с переменным отражением, визуализаторов и детекторов ИК и СВЧ излучения и других устройств [1]. Кроме того, в [2] сообщается о производстве высокочувствительных и эффективных болометров на основе оксидов ванадия — как V2O5, так и высшего оксида (V2O5), а также пленок, представляющих собой смесь фаз VO2–V2O5. В последнем случае может быть достигнуто наиболее удачное сочетание оптических и электрических свойств материала, необходимое для оптимизации параметров ИК детекторов. В аморфном V2O5 проявляется также электрохромный эффект [3], который используется в электрохромных дисплеях, управляемых фильтрах и оптических средах с переменным светопропусканием (”smart windows”) [2]. Одним из удобных способов получения тонких пленок оксидов металлов является электрохимическое (анодное) окисление. Анодные оксидные пленки являются, как правило, структурно разупорядоченными, а их стехиометрия (при окислении переходных металлов с переменной валентностью) соответствует высшему оксиду. Однако в случае анодного окисления ванадия фазовый состав оксидной пленки идентифицируется в одних работах как V₂O₅, а в других — как VO₂ или смесь V₂O₅ с низшими оксидами (см., например [3] и ссылки там). В [4] были доложены предварительные результаты, показывающие, что фазовым составом анодного оксида ванадия можно управлять выбором соответствующих режимов и условий окисления (состав электролита, плотность анодного тока, время анодирования), т. е. кислородную стехиометрию оксидной пленки можно варьировать от VO₂ до V₂O₅.
Методика исследования
Порошковая рентгеновская дифракция — метод исследования структурных характеристик  материала  при помощи  дифракции  рентгеновских лучей (рентгеноструктурный анализ) на порошке или поликристаллическом образце исследуемого материала. Также называется методом порошка. Результатом исследования является зависимость интенсивности рассеянного излучения от угла рассеяния. Соответствующий прибор называют порошковым дифрактометром. Преимуществом метода является то, что дебаеграмма для каждого вещества уникальна и позволяет определить вещество даже тогда, когда его структура не известна. Рентгенофазовый метод анализа использовали для изучения структуры, состава, свойств сырьевых материалов и продуктов обжига. С его помощью исследовали минералогический и фазовый составы [5]. Монохроматический пучок рентгеновского излучения направляется на образец исследуемого материала, растертого в порошок. На фотоплёнке, свернутой цилиндром вокруг образца, изображение (дебаеграмма) получается в виде колец. Расстояние между линиями одного и того же кольца на дебаеграмме позволяет найти брэгговские углы отражения. Затем, по формуле Брэгга – Вульфа 2d sinƟ=nλ {\displaystyle 2d\sin \theta =n\lambda } можно получить отношение d/n {\displaystyle {\frac {d}{n}}} расстояния между отражающими плоскостями к порядку отражения.
Рентгеновский анализ позволяет решать следующие задачи:
Определение качественного состава образца, полуколичественное определение компонентов образца, определение кристаллической структуры вещества. А также прецизионное определение параметров элементарной ячейки, определение расположения атомов в элементарной ячейке (полно профильный анализ — метод Ритвельда), определение размера кристаллитов (области когерентного рассеяния) поликристаллического образца. Исследование текстуры в поликристаллических материалах. Кроме того, исследование фазового состава вещества и изучение диаграмм состояния, оценка размера кристалликов в образце, точное определение констант решетки, коэффициента теплового расширения, анализ минералов. На рис.1. приведена прибор - порошковый дифрактометр.



Рис.1. Порошковая рентгеновская дифрактометрия. XRD-6100.
Основные результаты и их обсуждение
В настоящей работе представлены результаты исследования оптических свойств пента оксида ванадия. Исследуемые образцы были получены анодным окислением вакуумно-напыленных слоев металлического ванадия на кварцевых, стеклянных и ситалловых подложках. При этом использовалось два различных режима окисления [4] и соответственно было получено два типа образцов: практически стехиометричный VO₂ (тип I) и пленки с повышенным содержанием фазы V₂O₅ (тип II). Измерения пропускания T и отражения R проводились спектрофотометрическим методом в диапазоне λ от 300 до 2000 nm.



Рис. 2. Дифрактограмма образца пента оксида ванадия V₂O₅.
Для изучения структурных изменений при электрохромном эффекте образцы пленок пентаоксида ванадия, полученного золь-гель методом на стеклянной подложке, рентгенографировались в симметричной геометрии на отражение на дифрактометре XRD-6100 в автоматическом режиме. Использовалось Cu-Кα излучение (λ = 1,540600 Å), монохроматизированное кристаллом пиролитического графита, установленного в отраженных лучах. Съемка производилась в интервале углов рассеяния от 2 до 80 градусов. Шаг съемки 0,5º время съемки каждой точки - 25 секунд. Мощность рентгеновского излучения составлял 2 кВт. Расчет величины межслоевого расстояния проводился с помощью формулы Вульфа-Брэггов, угол рассеяния 2 определяли на основании полученных рентгенограмм. Анализ результатов производился с использованием базы данных [6]. Глубина проникновения Cu-Kα излучения составляет для легких элементов (углерод) порядка 1 мм (980 мкм), для тяжелых элементов (Ag, W) –несколько мкм. Для большей части неорганических веществ, простых соединений, Cu-K_α- составляет десятки микрон (мкм). Используя данный метод мы определели межплоскостное растояние d_hkl и индексы Миллера (hkl). Для образца пента оксида ванадия- V₂O₅ измеренных методом рентгеноструктурного анализа по методике “Search and Match” software [6], проведено оценка степени кристалличности и аморфности. Аморфная фаза для пента оксида ванадия V₂O₅ составляет-77,36%, кристаллическая фаза составляет всего -22,64 %. Это свидетельствует о том, что наша пленка в основном является аморфным.
Выводы
Для изучения структурных изменений при электрохромном эффекте образцы пленок пентаоксида ванадия, полученного золь-гель методом на стеклянной подложке, рентгенографировались в симметричной геометрии на отражение на дифрактометре XRD-6100 в автоматическом режиме. Использовалось Cu-Кα излучение (λ = 1,540600 Å), монохроматизированное кристаллом пиролитического графита, установленного в отраженных лучах. Используя данный метод мы определели межплоскостное растояние d_hkl и индексы Миллера (hkl). Для образца пента оксида ванадия- V₂O₅ измеренных методом рентгеноструктурного анализа по методике “Search and Match” software [6], проведено оценка степени кристалличности и аморфности. Аморфная фаза для пента оксида ванадия V₂O₅ составляет-77,36%, кристаллическая фаза составляет всего -22,64 %. Это свидетельствует о том, что наша пленка в основном является аморфным.