Наночастицы металлов - перспективный объект исследования, так как их свойства существенно отличаются от объемного материала. При анализировании наночастиц важным является изучение их размера, стабильности, особенностей структуры, а также пространственного расположения. В работе методом высокоразрешающей электронной микроскопии изучены исходные и отожженные наночастицы серебра, сформированные на углеродной подложке вакуумно-термическим испарением и имеющие размеры от ~2 до 10 нм. Проведена классификация их формы и структуры. Среди исследованных выявлены наночастицы в виде ограненного эллипсоида с поликристаллической структурой, крупные с монокристаллической структурой и двойниками, икосаэдрические и декаэдрические с множественным двойникованием, а также маленькие монокристаллические наночастицы размером менее 3,5 нм. Установлено, что в результате отжига общее количество наночастиц становится меньше примерно в 1,3 раза, число маленьких наночастиц уменьшается приблизительно в 2 раза, а доля наночастиц с икосаэдрической и декаэдрической огранками увеличивается примерно в 1,5 раза. Показано, что наночастицы размером менее 5 нм являются нестабильными уже после нескольких секунд воздействия на них высокоэнергетическими электронами. Для маленьких монокристаллических наночастиц размером менее 3,5 нм найдены средние значения параметра кристаллической решетки на основе прецизионного определения центров атомных колонок на их изображениях и вычисления локальных расстояний между атомами, расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях (200) и (022). Показано, что в таких наночастицах как до отжига, так и после него отсутствуют заметные искажения кристаллической структуры и их параметр решетки близок к значению, характерному для массивного серебра.
Громов Дмитрий Геннадьевич
Национальный исследовательский университет МИЭТ, г. Москва, Россия; Первый Московский государственный медицинский университет имени И. М. Сеченова Минздрава России, г. Москва, Россия
Савицкий Андрей Иванович
Национальный исследовательский университет МИЭТ, г. Москва, Россия; НПК «Технологический центр», г. Москва, Россия
1. Single-walled carbon nanotube growth from highly activated metal nanoparticles / D. Takagi, Y. Homma, H. Hibino et al. // Nano Lett. – 2006. – Vol. 6. – No. 12. – P. 2642 – 2645. DOI: 10.1021/nl061797g
2. Gromov D.G., Pavlova L.M., Savitskii A.I., Trifonov A.Yu. Investigation of the early stages of condensation of Ag and Au on the amorphous carbon surface during thermal evaporation under vacuum // Surface Physics and Thin Films. – 2015. – Vol. 57. – P. 173 – 180.
3. Asgar M., Hasan M., Huq Md., Mahmood Z.H. Metal assisted synthesis of single crystalline silicon nanowires at room temperature for photovoltaic application // J. Nanomed. Nanotechnol. – 2014. – Vol. 5. – P. 4 – 7. – URL: http://dx.doi.org/10.4172/2157-7439.1000221 (дата обращения: 13.05.18).
4. A plasmonic photocatalyst consisting of silver nanoparticles embedded in titanium dioxide / K. Awazu, M. Fujimaki, C. Rockstuhl et al. // Am. Chem. Soc. – 2008. – Vol. 130. – P. 1676 – 1680. DOI: 10.1021/ja076503n
5. Cobley С., Skrabalak S., Campbell D., Xia Y. Shape-controlled synthesis of silver nanoparticles for plasmonic and sensing applications // Plasmonics. – 2009. – Vol. 4. – P. 171 – 179. DOI 10.1007/s11468-009-9088-0.
6. Optical impedance matching using coupled plasmonic nanoparticle arrays / P. Spinelli, M. Hebbink, R. Waele et al. // Nano Lett. – 2011. – Vol. 11. – No. 4. – P. 1760 – 1765. DOI: 10.1021/nl200321u
7. Maheshwari V., Kane J., Saraf R.F. Self-assembly of a micrometers-long one-dimensional network of cemented au nanoparticles // Adv. Mater. – 2008. – Vol. 20. – P. 284 – 287. DOI: 10.1002/adma.200700999
8. Superparamagnetic colloids: controlled synthesis and niche applications / U. Jeong, X. Teng, Y. Wang et al. // Adv. Mater. – 2007. – Vol. 19. – P. 33 – 60. DOI: 10.1002/adma.200600674
9. Yacaman M.J., Ascencio J.A., Liu H. B., Gardea-Torresdey J. Structure shape and stability of nanometric sized particles // J. Vac. Sci. Technol. – 2001. – Vol. 19. – P. 1091 – 1103. DOI: 10.1116/1.1387089
10. Wang Z.L. Transmission electron microscopy of shape-controlled nanocrystals and their assemblies // J. Phys. Chem. – 2000. – Vol. 104. – P. 1153 – 1175. DOI: 10.1021/jp993593c
11. Cleveland C.L., Landman U. The energetics and structure of nickel clusters: size dependence // J. Chem. Phys. – 1991. – Vol. 94. – P. 7376 – 7396. – URL: https://doi.org/10.1063/1.460169 (дата обращения: 13.05.2018).
12. Structural deformation, melting point and lattice parameter studies of size selected silver clusters / I. Shyjumon, M. Gopinadhan, O. Ivanova et al. // Eur. Phys. J. – 2006. – Vol. 37. – P. 409 – 415. DOI: 10.1140/epjd/e2005-00319-x
13. Onodera S.J. Lattice parameters of fine copper and silver particles // J. Phys. Soc. – 1992. – Vol. 61. – P. 2190 – 2193. – URL: https://doi.org/10.1143/JPSJ.61.2190 (дата обращения: 13.05.2018).
14. Cai W., Hofmeister H., Dubiel M. Importance of lattice contraction in surface plasmon resonance shift for free and embedded silver particles // Eur. Phys. J. – 2001. – Vol. 13. – P. 245 – 253.
15. Wassermann H.J., Vermaak J.S. On the determination of a lattice contraction in very small silver particles // Surf. Sci. – 1970. – Vol. 22. – P. 164 – 172.
16. Expansion of interatomic distances in platinum catalyst nanoparticles / K. Du, F. Ernst, M.C. Pelsozy et al. // Acta Mater. – 2010. – Vol. 58. – P. 836 – 845. DOI:10.1016/j.actamat.2009.09.061
17. Sneed B.T., Young A.P., Tsung C. Building up strain in colloidal metal nanoparticle catalysts // Nanoscale. – 2015. – Vol. 7. – P. 12248 – 12265. DOI: 10.1039/x0xx00000x
18. Investigation of condensation of small portions of Ag at thermal evaporation in vacuum / D.G. Gromov, E.A. Lebedev, A.I. Savitskiy et al. // J. Phys.: Conf. Ser. – 2015. – Vol. 643. – P. 012014-1 – 012014-6. DOI:10.1088/1742-6596/643/1/012014
19. Sample preparation handbook for transmission electron microscopy / J. Ayache, L. Beaunier, J. Boumendil et al. // New York: Springer, 2009. – 338 p.
20. Koga K., Sugawara K. Population statistics of gold nanoparticle morphologies: direct determination by HREM observations // Surf. Sci. – 2003. – Vol. 529. – P. 23 – 25.
21. Hofmeister H., Tan G. L., Dubiel M. Shape and internal structure of silver nanoparticles embedded in Glass // J. Mater. Res. – 2005. – Vol. 20. – P. 1551 – 1562. DOI: 10.1557/JMR.2005.0197
22. Marks L.D. Experimental studies of small particle structures // Rep. Prog. Phys. – 1994. – Vol. 57. – P. 603 – 649.
23. Baletto F., Ferrando R., Fortunelli A., Mottet C. Crossover among structural motifs in transition and noble-metal clusters // J. Chem. Phys. – 2002. – Vol. 116. – P. 3856 – 3863. DOI: 10.1063/1.1448484
24. Guo H. A simple algorithm for fitting a gaussian function // IEEE Signal Process. Mag. 2011. – V. 28. – No. 5. – P. 134 – 137. DOI: 10.1109/MSP.2011.941846
25. Analysis of low-field isotropic vortex glass containing vortex groups in YBa2Cu3O7−xthin films visualized by scanning SQUID microscopy / F.S. Wells F.S., A.V. Pan, X.R. Wang et al. // Sci. Rep. – 2015. – Vol. 5. – P. 8677-1 – 8677-5. DOI: 10.1038/srep08677
26. Standard X-ray Diffraction Powder Patterns / M.C. Morris, H.F. McMurdie, E.H. Evans et al. // Natl. Bur. Stand. Circ. – 1976. – Vol. 13. – P. 35.
27. ГОСТ Р 8.736–2011. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения. – М.: Стандартинформ, 2013. – 24 с.
28. ГОСТ Р 8.697–2010. Государственная система обеспечения единства измерений. Межплоскостные расстояния в кристаллах. Методика выполнения измерений с помощью просвечивающего электронного микроскопа. – М.: Стандартинформ, 2010. – 12 с.
29. Swanson H.E., Tatge E. Standard X-ray diffraction powder patterns // Natl. Bur. Stand. Circ. – 1953. – Vol. 1. – P. 23 – 24.