CC BY
14
_Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 6_
УДК 544.6.018.48+544.636 М.Т. Тодаева*, Е. В. Юртов
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20, корп. 1
* e-mail: [email protected]
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ НА ОСНОВЕ BRIJ С10 ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ
Аннотация
Методом темплатного электроосаждения с использованием лиотропных жидких кристаллов были получены никелевые покрытия. Исследования сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и атомно-силовой микроскопии показали, что образцы являются наноструктурированными с размером частиц от 70 до 300 нм. Было установлено, что никелевые покрытия были образованы частицами прямоугольной и сферической формы в зависимости от составов жидких кристаллов.
Ключевые слова: лиотропные жидкие кристаллы; наноструктурированные покрытия; темплатное электроосаждение.
В данной статье представлен способ получения наноструктурированных никелевых покрытий методом темплатного электроосаждения. Нами предлагается использовать в качестве темплата лиотропные жидкие кристаллы.
Жидкокристаллические темплаты обладают внутренней пространственной структурой, позволяющей сформировать на подложке упорядоченные наноразмерные частицы. В качестве основы для жидких кристаллов был взят Brij С10, который является доступным ПАВ и способен к образованию гексагональной мезофазы [1,2]. Еще одним применением лиотропных жидких кристаллов, обладающих высокой проводимостью, может стать создание ионных жидкокристаллических
проводников и композитов на их основе для источников тока [3].
Первым шагом при проведении исследования было получение лиотропных жидкокристаллических образцов темплатов. Жидкие кристаллы имели следующие составы: состав № 1 - 40 мас.% Brij С10, 45 мас.% (Ni(NÜ3)2 + H3BO3), 15 мас.% (Ni(NH2SO3)2 + NaCl) и состав № 2 - 40 мас.% Brij С10, 60 мас.% (Ni(NH2SO3)2 + NiCb +H3BO3 + C12H25SO4Na). Полученные образцы были исследованы с помощью поляризационного оптического микроскопа Axiostarplus (Carl Zeiss, Германия) в проходящем и поляризованном свете для подтверждения наличия гексагональной жидкокристаллической структуры (рис. 1 (а, б)).
Экспериментальные данные РФА осажденных покрытий полностью соответствуют модельной дифрактограмме для никеля [4,5].
б
Рис. 1. Изображения жидких кристаллов, полученных с помощью поляризационного оптического микроскопа при скрещенных и нескрещенных поляроидах: а) состав № 1 - 40 мас.% Brij С10, 45 мас.% (Ni(NOз)2 + HзBOз), 15 мас.% (Ni(NH2SOз)2 +ШО); б) состав № 2 - 40 мас.% Brij С10, 60 мас.% (Ni(NH2SOз)2 + М02+HзBOз + Cl2H25SO4Na).
Целью исследуемой работы было получение наноструктурированных никелевых покрытий. В качестве активного электрода были взяты пластинки латуни с площадью Б = 1 см2. Для рассмотрения рельефа поверхности осажденных покрытий был использован метод атомно-силовой микроскопии с помощью АСМ ИНТЕГРА Прима Ж-МБТ. На рис. 2 (а, б) представлены 2D изображения и 3D визуализация рельефа поверхности осажденного покрытия из лиотропных жидких кристаллов состава № 1: 40 мас.% Brij С10, 45 мас.% (№(N03)2 + HзBOз) и
15 мас.% (Ni(NH2SOз)2 + ШС1). На рис. 3 (а, б) показаны 2Б изображения и 3Б визуализация рельефа поверхности осажденного покрытия из лиотропных жидких кристаллов состава №2: 40 мас.% Вгу С10, 60 мас.% (№(N^03)2 + №СЪ +Н3ВО3 + Cl2H25SO4Na). Из рис. 2 (а, б) и 3 (а, б) можно сделать вывод, что рельеф поверхности не превышает высоты в 500 нм и 350 нм и минимальные размеры частиц составляют от 60 нм и от 30 нм, соответственно для состава № 1 и № 2.
а
О 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
цт
■ 0,5 ^ 0.5*
б
Рис. 2. а) 2Б изображение поверхности и б) ЭБ визуализация рельефа осажденного никелевого покрытия из состава № 1 - 40 мас.% Вгц С10, 45 мас.% (М(ТОз)2 + НзВОз), 15 мас.% (М^Н280з)2+NaCl).
£ °
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
ут
а
0 0
б
Рис. Э. а) 2Б изображение поверхности и б) ЭБ визуализация рельефа осажденного никелевого покрытия из состава № 2 - 40 мас.% Вгц С10, 60 мас.% (М^Ш80з)2 + МСЬ+Н3ВО3 + С12Н25804^).
Для анализа структуры поверхности осажденных осажденные из для состава № 1, являются
покрытий применялся метод сканирующей наноструктурированными с размером частиц от 100 -
электронной микроскопии с помощью 300 нм. На представленном рис. 5 (а, б) полученные
высокоразрешающего СЭМ 1ео1 1БМ-6700Р. Как покрытия имеют наноразмерную структуру,
видно из рис. 4 (а, б) исследуемые образцы, образованную из частиц в диапазоне от 70 - 250 нм.
а
а б
Рис. 4. СЭМ изображения полученных покрытий для состава № 1 - 40 мас.% Brij С10, 45 мас.% (Ni(N0з)2 + HзB0з), 15 мас.% (Ni(NH2S0з)2+ШО.
I
SEI 27kV WD12mm SS16 MUCTR
хЗО.ООО 0.5pm 7126
SEI 27kV WD12mm SS16 MUCTR
хЗО.ООО 0.5pm
7127 31 Mar 2015
а б
Рис. 5. СЭМ изображения полученных покрытий для состава № 2 - 40 мас.% Brij С10, 60 мас.% (Ni(NH2SOз)2 + NiCl2+HзBOз + Cl2H25SO4Na).
Согласно результатам сканирующей электронной микроскопии (рис. 4 (а, б)) в ходе темплатного электроосаждения с использованием жидких кристаллов состава № 1 были получены наноструктурированные покрытия, состоящие из частиц прямоугольной формы. На рис. 5 (а, б) следует отметить, что при использовании жидких кристаллов
состава № 2 осажденные покрытия были образованы частицами сферической формы.
Таким образом, было показано, что лиотропные жидкие кристаллы на основе Вгу С10 могут быть применены в качестве темплата для электроосаждения наноструктурированных
никелевых покрытий.
Тодаева Мария Тодаровна ведущий инженер кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Юртов Евгений Васильевич член-корр. РАН, заведующий кафедрой наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Dan-Dan Zhao, Shu-Juan Bao, Wen-Jia Zhou, Hu-Lin Li. Preparation of hexagonal nanoporous nickel hydroxide film // Electrochemistry Communications. - 2007. - Vol. 9. - P. 869-874;
2. Wen-Jia Zhou, Mao-Wen Xu, Dan-Dan Zhao, Cai-Ling Xu, Hu-Lin Li. Electrodeposition and characterization of ordered mesoporous cobalt hydroxide films on different substrates for supercapacitors // Microporous and Mesoporous Materials. - 2009. - Vol. 117. - P. 55-60;
3. Kuzmin A.V. Electrical conductivity of lyotropic phases of dodecylbenzensulphonates with Li+, Na+ and K+ ions in water // Liquid Crystals. - 2015. - Vol. 42;
4. Юртов Е. В., Матвеева А. Г., Тодаева М. Т., Серцова А. А. Использование гексагонального жидкого кристалла в качестве темплата для получения наноструктурированных никелевых покрытий // Химическая технология. - 2013. - Т. 14, № 1. - С. 24-29;
5. Тодаева М. Т., Юртов Е. В. Получение наноструктурированных никелевых покрытий с использованием жидких кристаллов в качестве темплата на основе Тритон X-100 // Химическая технология. - 2014. - Т. 15, № 11. - С. 653-656.
TodaevaMariya Todarovna*, Yurtov Evgeny Vasilevich
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
* e-mail: [email protected]
THE USE OF LIQUID CRYSTALS BASED ON BRIJ C10 TO OBTAIN NANOSTRUCTURED NICKEL COATINGS
Abstract
Nickel coatings were obtained by method of template electrodeposition using lyotropic liquid crystals. Scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) studies showed that the resulting coatings were nanostructured with the particle size of 70-300 nm. It was found that nickel coatings were formed rectangular and spherical shape depending on the composition of liquid crystals.
Key words: lyotropic liquid crystals; nanostructured coating; template electrodeposition.
