1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2018-23-6-543-556620.187.3Mатериалы электроникиElectron Microscopy Studies of Silver Nanoparticles Obtained by Vacuum Thermal EvaporationЭлектронно-микроскопические исследования наночастиц серебра, полученных вакуумно-термическим испарениемГришина Яна Сергеевна ГришинаЯна Сергеевна SergeevnaGrishina YanaGrishina Yana SergeevnaБоргардт Николай ИвановичБоргардтНиколай ИвановичBorgardtNikolay I.Nikolay I. BorgardtВолков Роман ЛеонидовичВолковРоман ЛеонидовичVolkovRoman L.Roman L. VolkovГромов Дмитрий ГеннадьевичГромовДмитрий ГеннадьевичGromovDmitry G.Dmitry G. GromovСавицкий Андрей ИвановичСавицкийАндрей ИвановичSavitskiyAndrey I.Andrey I. SavitskiyНациональный исследовательский университет МИЭТ, г. Москва, Россия Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, РоссияНациональный исследовательский университет МИЭТ, г. Москва, Россия; Первый Московский государственный медицинский университет имени И. М. Сеченова Минздрава России, г. Москва, РоссияНациональный исследовательский университет МИЭТ, г. Москва, Россия; НПК «Технологический центр», г. Москва, Россия543556http://ivuz-e.ru/issues/6-_2018/elektronno_mikroskopicheskie_issledovaniya_nanochastits_serebra_poluchennykh_vakuumno_termicheskim_i/http://ivuz-e.ru/download/6_2018_2298.pdf

Metal nanoparticles are promising objects of research, since their properties are significantly different from the bulk material. When analyzing nanoparticles, it is important to study their size, stability, structural features and spatial arrangement. The initial and annealed nanoparticles of silver, formed on a carbon substrate by vacuum-thermal evaporation and having dimensions from 2 nm up to 10 nm, have been studied by using the high resolution electron microscopy method. The classification of their form and structure has been carried out. Among the studied ones the nanoparticles in the shape of a faceted ellipsoid with a polycrystalline structure, coarse nanoparticles with a monocrystalline structure and twins, icosahedral and decahedral nanoparticles with multiple twinning, and also, small single crystalline nanoparticles with dimensions less than 3.5 nm, have been revealed. It has been found that a result of annealing the number of small nanoparticles has been about 2 times decreased and the fraction of nanoparticles with icosahedral and decahedral shapes has been approximately 1.5 times increased. It has been shown that the nanoparticles with sizes less than 5 nm are unstable after a few seconds of exposure to high-energy electrons. For small initial and annealed single crystalline nanoparticles of less than 3 nm size the mean values of the lattice constant have been found by the precise determination of the atomic column centers on their images and the calculation of the local interplanar spacing values between the atoms located in mutually orthogonal (200) and (022) planes. It has been shown that in such nanoparticles both prior and after annealing there had been no noticeable distortions of the crystal structure and their lattice constant had been close to the value, characteristic for bulk silver.

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.

наночастицы серебравакуумно-термическое испарениевысокоразрешающая просвечивающая электронная микроскопияпараметр кристаллической решетки 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/nl061797gGromov 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.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).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/ja076503nCobley 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.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/nl200321uMaheshwari 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.200700999Superparamagnetic 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.200600674Yacaman 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: 10.1116/1.1387089Wang Z.L. Transmission electron microscopy of shape-controlled nanocrystals and their assemblies // J. Phys. Chem. – 2000. – Vol. 104. – P. 1153 – 1175. DOI: 10.1021/jp993593cCleveland 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).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-xOnodera 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).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.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.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.2009.09.061Sneed 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/x0xx00000xInvestigation 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:10.1088/1742-6596/643/1/012014Sample preparation handbook for transmission electron microscopy / J. Ayache, L. Beaunier, J. Boumendil et al. // New York: Springer, 2009. – 338 p.Koga K., Sugawara K. Population statistics of gold nanoparticle morphologies: direct determination by HREM observations // Surf. Sci. – 2003. – Vol. 529. – P. 23 – 25.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.2005.0197Marks L.D. Experimental studies of small particle structures // Rep. Prog. Phys. – 1994. – Vol. 57. – P. 603 – 649.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: 10.1063/1.1448484Guo 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.2011.941846Analysis 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/srep08677Standard 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.ГОСТ Р 8.736–2011. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения. – М.: Стандартинформ, 2013. – 24 с.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.Swanson H.E., Tatge E. Standard X-ray diffraction powder patterns // Natl. Bur. Stand. Circ. – 1953. – Vol. 1. – P. 23 – 24.