Investigation of the effect of irradiation on the structural properties of Zn nanotubes

ISSN 2616-6836

Л.Н. Гумилев атындағы Eуразия ұлттық университетiнiң

ХАБАРШЫСЫ ВЕСТНИК

Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева

BULLETIN

of the L.N. Gumilyov Eurasian National University

ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯсериясы

СерияФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ

PHYSICS. ASTRONOMY Series

№1(122)/2018

1995 жылдан бастап шығады Издается с 1995 года

Founded in 1995

Жылына 4 рет шығады Выходит 4 раза в год Published 4 times a year

Астана, 2018 Astanа, 2018

Бас редакторы ф.-м.ғ. докторы

А.Қ. Арынгазин (Қазақстан)

Бас редактордың орынбасары А.Т. Ақылбеков, ф.-м.ғ.д., профессор (Қазақстан)

Редакция алқасы Алдонгаров А.А. PhD (Қазақстан) Балапанов М.Х. ф.-м.ғ.д., проф. (Ресей) Бахтизин Р.З. ф.-м.ғ.д., проф. (Ресей) Гиниятова Ш.Г. ф.-м.ғ.к. (Қазақстан) Даулетбекова А.Қ. ф.-м.ғ.к. (Қазақстан) Ержанов Қ.К. ф.-м.ғ.к., PhD (Қазақстан) Жұмадiлов Қ.Ш. PhD (Қазақстан)

Здоровец М. ф.-м.ғ.к.(Қазақстан)

Қадыржанов Қ.К. ф.-м.ғ.д., проф. (Қазақстан) Кайнарбай А.Ж. ф.-м.ғ.к. (Қазақстан)

Кутербеков Қ.А. ф.-м.ғ.д., проф. (Қазақстан) Лущик А.Ч. ф.-м.ғ.д., проф.(Эстония) Морзабаев А.К. ф.-м.ғ.к. (Қазақстан) Мырзақұлов Р.Қ. ф.-м.ғ.д., проф.(Қазақстан) Нұрахметов Т.Н. ф.-м.ғ.д., проф. (Қазақстан) Сауытбеков С.С. ф.-м.ғ.д., проф. (Қазақстан) Тлеукенов С.К. ф.-м.ғ.д., проф. (Қазақстан) Усеинов А.Б. PhD (Қазақстан)

Редакцияның мекенжайы: 010008, Қазақстан, Астана қ., Сатпаев к-сi, 2, 408 б.

Тел.: (7172) 709-500 (iшкi 31-428) E-mail: vest_phys@enu.kz

Жауапты хатшы, компьютерде беттеген А. Нұрболат

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетiнiң хабаршысы. ФИЗИКА.

АСТРОНОМИЯ сериясы

Меншiктенушi: ҚР БжҒМ "Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi" ШЖҚ РМК Мерзiмдiлiгi: жылына 4 рет.

Қазақстан Республикасыңың Ақпарат және коммуникациялар министрлiгiмен тiркелген.

27.03.2018ж. №16999-ж тiркеу куәлiгi. Тиражы: 30 дана

Типографияның мекенжайы: 010008, Қазақстан, Астана қ., Қажымұқан к-сi, 12/1, тел.: (7172)709-500 (iшкi 31-428)

c

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi

Главный редактор доктор ф.-м.н.

А.К. Арынгазин (Казахстан)

Зам. главного редактора А.Т. Акылбеков, доктор ф.-м.н.

профессор (Казахстан) Редакционная коллегия Алдонгаров А.А. PhD (Казахстан)

Балапанов М.Х. ф.-м.н., проф. (Россия) Бахтизин Р.З. ф.-м.н., проф. (Россия) Гиниятова Ш.Г. кандидат ф.-м.н. (Казахстан) Даулетбекова А.К. кандидат ф.-м.н., PhD (Казахстан) Ержанов К.К. кандидат ф.-м.н., PhD (Казахстан) Жумадилов К.Ш. доктор PhD (Казахстан)

Здоровец М. к.ф-м.н.(Казахстан)

Кадыржанов К.К. ф.-м.н., проф. (Казахстан) Кайнарбай А.Ж. кандидат ф.-м.н. (Казахстан) Кутербеков К.А. доктор ф.-м.н., проф. (Казахстан) Лущик А.Ч. ф.-м.н., проф. (Эстония)

Морзабаев А.К. кандидат ф.-м.н. (Казахстан) Мырзакулов Р.К. доктор ф.-м.н., проф. (Казахстан) Нурахметов Т.Н. доктор ф.-м.н., проф. (Казахстан) Сауытбеков С.С. доктор ф.-м.н., проф. (Казахстан) Тлеукенов С.К. доктор ф.-м.н., проф. (Казахстан) Усеинов А.Б. PhD (Казахстан)

Адрес редакции: 010008, Казахстан, г. Астана, ул. Сатпаева, 2, каб. 408 Тел.: (7172) 709-500 (вн. 31-428)

E-mail: vest_phys@enu.kz

Ответственный секретарь, компьютерная верстка А. Нурболат

Вестник Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Серия.

ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ

Собственник РГП на ПХВ "Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева" МОН РК Периодичность: 4 раза в год

Зарегистрирован Министерством информации и коммуникаций Республики Казахстан.

Регистрационное свидетельство №16999-ж от 27.03.2018г.

Тираж: 30 экземпляров

Адрес типографии: 010008, Казахстан, г. Астана, ул. Кажимукана, 12/1, тел.: (7172)709-500 (вн. 31-428)

c

Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева

Editor-in-Chief

Doctor of Phys.-Math. Sciences A.К. Aryngazin(Kazakhstan)

Deputy Editor-in-Chief А.Т. Akilbekov, Doctor of Phys.-Math. Sciences, prof. (Kazakhstan)

Editorial board Aldongarov А.А. PhD (Kazakhstan)

Balapanov М.Kh. Doctor of Phys.-Math. Sciences, prof. (Russia) Bakhtizin R.Z. Doctor of Phys.-Math. Sciences, prof. (Russia)

Dauletbekova А.К. Candidate of Phys.-Math. Sciences, PhD (Kazakhstan) Giniyatova Sh.G. Candidate of Phys.-Math. Sciences (Kazakhstan) Kadyrzhanov К.К. Doctor of Phys.-Math. Sciences, prof. (Kazakhstan) Кainarbay А.Zh. Candidate of Phys.-Math. Sciences (Kazakhstan) Kuterbekov К.А. Doctor of Phys.-Math. Sciences, prof. (Kazakhstan) Lushchik А. Doctor of Phys.-Math. Sciences, prof. (Estonia) Morzabayev А.К. Candidate of Phys.-Math. Sciences (Kazakhstan) Myrzakulov R.К. Doctor of Phys.-Math. Sciences, prof. (Kazakhstan) Nurakhmetov Т.N. Doctor of Phys.-Math. Sciences, prof. (Kazakhstan) Sautbekov S.S. Doctor of Phys.-Math. Sciences, prof. (Kazakhstan) Tleukenov S.К. Doctor of Phys.-Math. Sciences, prof. (Kazakhstan) Useinov А.B. PhD (Kazakhstan)

Yerzhanov К.К. Candidate of Phys.-Math. Sciences, PhD(Kazakhstan) Zdorovets М. Candidate of Phys.-Math. Sciences (Kazakhstan) Zhumadilov K.Sh. PhD (Kazakhstan)

Editorial address: 2, Satpayev str., of.408, Astana, Kazakhstan, 010008 Теl.: (7172) 709-500 (ext. 31-428)

E-mail: vest_phys@enu.kz Responsible secretary, computer layout:

A.Nurbolat

Bulletin of the L.N. Gumilyov Eurasian National University. PHYSICS. ASTRONOMY Series

Owner: Republican State Enterprise in the capacity of economic conduct "L.N. Gumilyov Eurasian National University" Ministry of Education and Science of the Republic of Kazakhstan

Periodicity: 4 times a year

Registered by the Ministry of Information and Communication of the Republic of Kazakhstan. Registration certificate №16999-ж from 27.03.2018. Circulation: 25 copies

Address of printing house: 12/1 Kazhimukan str., Astana, Kazakhstan 010008;

tel.: (7172) 709-500 (ext. 31-428)

c

L.N.Gumilyov Eurasian National University

Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТIНIҢ ХАБАРШЫСЫ. ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ сериясы

№1(122)/2018

МАЗМҰНЫ

ФИЗИКА ФИЗИКА

Акылбеков А.Т., Бижанова С.Б., Баубекова Г.М., Карипбаев Ж.Т. «Таза» кристалдардың импульстiк катодолюминесценция спектрлерi

8

Ахметова Г.А. DVB-T және DVB-T2 жерсерiктiк эфирлiк хабар тарату желiсiнiң қамту аймағын анықтаудың стандарттары мен әдiснамасын салыстыру

13

Алдонгаров А.А., Асильбекова А.М., Иргибаева И.С., Ермекова Ж.К.Родамин бояғышы мен CdS кластерлерiнiң кешендерiнде электрондық ауысулардың табиғатын анықтау

19

Бекова Г.Т., Уалиханова У.А., Есмаханова К.Р. (2+1)–комплекстi модификациялан Кортевег–де Фриз және Максвелл–Блох теңдеулерiнiң сақталу заңдары

28

Боргеков Д.Б., Здоровец М.В., Козловский А.Л. Сыртқы факторлардың әсерiнен металл наноқұрылымдарының құлдырауын зерттеу

33

Кадыржанов Д.Б., Здоровец М.В., Козловский А.Л., Петров А.В. Zn нанотүтiкшелерiнiң құрылымдық қасиеттерiне сәулелендiру әсерiн зерттеу

40

Калиекперов М.Е., Козловский А.Л., Қәдыржанов К.К. Полимерлiк матрицалар негiзiнде иондаушы сәуледен жұқа қорғаныш жабындарын синтездеу

46

Жасыбаева М.Б., Нугманова Г.Н. Интегралданатын Фокас-Ленэллстың теңдеуiне эквиваленттi спиндiк жүйе

53

Есмаханова К.Р., Жубаева Ж.С., Тапеева С.Қ. (1+1)-өлшемдi локалды емес бейсызықты Шредингер теңдеуiнiң нақты шешiмдерi

58

Мусабаева Г.К., Акылбеков А.Т., Мусабаев К.К.Атомдардың өздiгiнен сәуле шығаруы туралы 64 Мурзалинов Д.О., Власукова Л.А., Пархоменко И.Н., Комаров Ф.Ф., Акилбеков А.Т.,

Мудрый А.В., Рябикин Ю.А., Гиниятова Ш.Г., Даулетбекова А.К.Азотпен имплантталған кремний нитридi қабықшаларының люминесценциясы

68

Морзабаев А.К., Гиниятова Ш.Г., Шаханова Г.А., Алимханова К., Айданұлы Б., Махмутов В.С. Астана қаласының Жер бетi маңындағы дозалық және электрлiк сипаттамаларын талдау

75

Даулетбекова А., Баймуханов З., Козловский А., Гиниятова Ш., Мурзагалиев М., Журкин Е., Наурызбаева Р.SiO2/Siтiректi темплэйт негiзiнде нанокомпзиттi материалдарды зерттеу және әзiрлеу

82

Даулетбекова А., Скуратов В., Маника И. , Маникс Я., Забельс Р., Кирилкин Н., Акилбеков А., Гиниятова Ш., Байжуманов М., Сейтбаев А., Кудайбергенова С. Люминесценцияның өшуiнiң дислокациялану механизмi

91

5

ВЕСТНИК ЕВРАЗИЙСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА ИМЕНИ Л.Н.ГУМИЛЕВА. Серия ФИЗИКА.

№1(122)/2018

СОДЕРЖАНИЕ

ФИЗИКА ФИЗИКА

Акылбеков А.Т., Бижанова С.Б., Баубекова Г.М., Карипбаев Ж.Т. Спектры импульсной катодолюминесценции «чистых» кристаллов

8

Ахметова Г.Сравнение стандартов и методика определения зоны покрытия сети цифрового наземного вещания DVB-T и DVB-T2

13

Алдонгаров А.А., Асильбекова А.М., Иргибаева И.С., Ермекова Ж.К.Определение природы электронных переходов в комплексах родаминового красителя и кластерах CdS

19

Бекова Г.Т., Уалиханова У.А., Есмаханова К.Р. Законы сохранения для (2+1)-мерных уравнений комплексно модифицированного Кортевега-де Фриза и Максвелла-Блоха

28

Боргеков Д.Б., Здоровец М.В., Козловский А.Л. Изучение деградации металлических наноструктур под действием внешних факторов

33

Кадыржанов Д.Б., Здоровец М.В., Козловский А.Л. Петров А.В, Исследование влияния облучения на структурные свойства Zn нанотрубок

40

Калиекперов М.Е., Козловский А.Л., Кадыржанов К.К.Синтез тонких защитных покрытий от ионизирующего излучения на основе полимерных матриц

46

Жасыбаева М.Б., Нугманова Г.Н. Спиновая система, эквивалентная интегрируемому уравнению Фокаса-Ленэллса

53

Есмаханова К.Р., Жубаева Ж.С., Тапеева С.Қ. Нелокальные нелинейные уравнения Шредингера и ее точные решения

58

Мусабаева Г.К., Акылбеков А.Т., Мусабаев К.К. К вопросу возникновения спонтанного излучения атомов

64

Мурзалинов Д.О., Власукова Л.А., Пархоменко И.Н., Комаров Ф.Ф., Акилбеков А.Т., Мудрый А.В., Рябикин Ю.А., Даулетбекова А.К., Гиниятова Ш.Г. Люминесценция пленок нитрида кремния, имплантированных азотом

68

Морзабаев А.К., Гиниятова Ш.Г., Шаханова Г.А., Алимханова К., Айданұлы Б., Махмутов В.С.Анализ дозовых и электрических характеристик в приземном слое атмосферы г. Астаны

75

Даулетбекова А., Баймуханов З., Козловский А., Гиниятова Ш., Мурзагалиев М., Журкин Е., Наурызбаева Р. Разработка и исследование нанокомпозитных материалов на основе трекового темплэйтаSiO2/Si

82

Даулетбекова А., Скуратов В., Маника И., Маникс Я., Забельс Р., Кирилкин Н., Акилбеков А., Гиниятова Ш., Байжуманов М., Сейтбаев А., Кудайбергенова С. Дислокационный механизм затухания люминесценции

91

6

BULLETIN OF L.N. GUMILYOV EURASIAN NATIONAL UNIVERSITY.

PHYSICS.ASTRONOMY SERIES

№1(122)/2018

CONTENTS

PHYSICS PHYSICS

Akylbekov A.T., Bizhanova S.B., Baubekova G.M., Karipbayev Zh.T.The pulsed cathodolumines- cence spectra of "pure" crystals

8

Akhmetova G.Comparison of standards and methodology of determining the coverage area of the digital terrestrial broadcasting network DVB-T and DVB-T2

13

Aldongarov A.A., Assilbekova A.M., Irgibaeva I.S., Ermekova Zh.K.Determination of the nature of electronic transitions in the complexes of rhodamine dye and CdS clusters

19

Bekova G.T., Ualikhanova U.A., Yesmakhanova K.R.Conservation laws of the (2+1)-dimensional complex modified Korteweg-de Vries and Maxwell-Bloch equations

28

Borgekov D.B., Zdorovets M.V., Kozlovskiy A.L.Study of the degradation of metallic nanostruc- tures under the influence of external factors

33

Kadyrzhanov D.B., Zdorovets M.V., Kozlovskiy A.L., Petrov A.V. Investigation of the effect of irradiation on the structural properties of Zn nanotubes

40

Kaliyekperov M.E., Kozlovskiy A.L, Kadyrzhanov K.K.Synthesis of thin protective coatings from ionizing radiation based on polymer template

46

Nugmanova G.N., Zhassybayeva M.B.Spin system equivalent to the integrable Fokas-Lenells equa- tion

53

Yesmakhanova K.R., Zhubaeva Zh.S., Tapeyeva S.K. Exact solutions of the (1+1)–dimensional nonlocal nonlinear Schrodinger equation

58

Musabayeva G.К., Акылбеков А.Т., Musabaye K.K. On the origin of spontaneous emission of atoms

64

Murzalinov D.О., Vlasukova L.А., Parkhomenko I.N., Коmarov F.F., Аkilbekov А.Т., Мudryi А.V., Ryabikin Yu.А., Giniyatova Sh.G., Dauletbekova А.К.The photoluminescence of nitrogen- implanted silicon nitride films

68

Мorzabaev А.K., Giniyatova Sh.G., Shakhаnova G.А., Alimkhanova К., Aidanuli B., Маkhmutov В.S.Analysis of dose and electrical charachteristics in the underground layer of astana atmosphe

75

Dauletbekova A., Baymukhanov Z., Kozlovskii А., Giniyatova Sh., Murzagaliyev М., Zhurkin Е., Nauryzbaeva Р.Development and research for nanocomposite materials based on track templates ofSiO2/Si

82

Dauletbekova A., Skuratov V., Manika I., Maniks J., Zabels R., Kirilkin N., Akilbekov A., Giniy- atova Sh., Baizhumanov M., Seitbayev A., Kudaibergenova S.Dislocation mechanism of fading of luminescence intensity

91

7

МРНТИ 27.25.19

Д.Б. Кадыржанов¹, М.В. Здоровец^1,2,3, Козловский А.Л.^1,2, Петров А.В.⁴

1Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Астана, Казахстан

2Астанинский филиал Института ядерной физики, Астана, Казахстан,

3Уральский федеральный университет им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия

4Научно-практический центр БелНАН по материаловедению, Минск, Беларусь (E-mail: ^1,2artem88sddt@mail.ru)

Исследование влияния облучения на структурные свойства Zn нанотрубок Аннотация: В работе представлены результаты синтеза и направленной модификации структурных и проводящих свойств Zn нанотрубок, полученных путем электрохимического осаждения в порах шаблонных полимерных матриц. В результате проведенных исследований установлено, что облучение потоком электронов позволяет модифицировать кристаллическую структуру нанотрубок, проводить электронный отжиг дефектов, который не разрушает наноструктур, снижая сопротивления нанотрубок.

Ключевые слова: шаблонный синтез, ионно-трековая технология, электрохимическое осаждение, нанотрубки, наноструктуры, радиационные дефекты.

Введение. В современном мире наноструктурные материалы и изделия на их основе вызывают огромный интерес благодаря своим уникальным свойствам и потенциальным применениям [1-5]. Одним из наиболее перспективных материалов для получения наноструктур является Zn, так как он относительно безопасен биологически, обладает низкой токсичностью и биосовместимостью, поэтому он может применяться в различных конфигурациях наноструктур (нанопроволоки, нанотрубки, наночастицы) [6-10]. Также для Zn - наноматериалов характерны как полупроводниковые, так и пьезоэлектрические свойства.

Это явление служит основой для электромеханически связанных датчиков и преобразователей.

Одним из способов изменения свойств наноматериалов является радиационное облучение различными видами изучения. При этом радиационные эффекты, возникающие в наноматериалах под действием ионизирующего излучения обладают рядом особенностей, отличающимися от аналогичных эффектов в микро- и макроразмерных объектах.

Электронное облучение металлических наноструктур является эффективным инструментом для стимулирования контролируемой модификации структурных, оптических, электрических свойств материалов.

Целью данной работы является изучение применимости электронного излучения для направленной модификации структурных и проводящих свойств Zn нанотрубок, которые обладают большим потенциалом применения в современной электронике [1-3].

Экспериментальная часть. Синтез Zn нанотрубок проводился в порах трековых мембран на основе полиэтилентерефталата (ПЭТФ) типа Hostaphanr производства фирмы Mitsubishi Polyester Film (Германия) толщиной 12 мкм с плотностью пор 4 × 10⁷ см⁻² и диаметром 400 нм. Активирование связей СООН, образующихся на поверхности стенок пор в результате химического травления треков, проводилось при УФ-сенсибилизации ПЭТФ- шаблонов. Эта процедура позволила создавать на стенках пор локализованные заряженные состояния, которые способствовали получению трубчатой формы на этапе электрохимического осаждения.

Электрохимическое осаждение в треки шаблонной матрицы проводилось при разности потенциалов 1.75 В в потенциостатическом режиме. Состав электролита для получения Zn нанотрубок: ZnSO₄·7H₂O - 360 г/л; NH₄Cl - 30 г/л; 3H₂O·CH₃COONa - 15 г/л; аскорбиновая кислота - 120 г/л.

Структуру и характеристические размеры синтезированных нанотрубок исследовали методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) в микроскопе Hitachi TM3030 с системой энергодисперсионного анализа (ЭДА) Bruker XFlash MIN SVE при ускоряющем напряжении

40

Д.Б. Кадыржанов, М.В. Здоровец, Козловский А.Л., Петров А.В.

15 кВ. Рентгеноструктурный анализ (РСА) проводили на дифрактометре D8 ADVANCE ЕСО с использованием рентгеновской трубки с медным анодом и графитового монохроматора.

Дифрактограммы записывали в диапазоне углов 2θ 30^◦–110^◦ с шагом 0.01^◦. Для идентификации фаз и исследования кристаллической структуры использовалось программное обеспечение BrukerAXSDIFFRAC.EVAv.4.2 и международная база данных ICDD PDF-2.

Для изучения морфологии синтезированных нанотрубок была применена растровая электронная микроскопия. Перед проведением исследования образцы освобождались от полимерной матрицы, путем растворения полимера в растворе 9.0 М NaOH при температуре 60^◦С в течение 1 часа. Для удаления остатков полимера после растворения образцы промывались в растворах уксусной кислоты и деонизированной воды в ультразвуковой ванне в течение 5 мин, процедура промывки повторялась 3 раза. Для исследования поверхности образца использовался электронный пучок с энергией электронов 2.0 кэВ в режиме сканирования LEI.

Модификация свойств синтезированных нанотрубок проводилась на линейном ускорителе ЭЛВ – 4 (г. Курчатов, Казахстан) путем облучения потоком электронов с энергиями 5 МэВ, дозы облучения 50 – 200 кГр с шагом 50 кГр.

Результаты и обсуждение. На рисунке 1 представлены РЭМ изображения исходных образцов.

Рисунок 1– РЭМ – изображения Zn нанотрубок

Анализируя РЭМ – изображения, была определена высота нанотрубок, составившая 12 мкм, диаметры нанотрубок соответствовали диаметру пор шаблонных матриц 400±20 нм. В результате проведенных измерений с применением манометрического метода газопроницаемости, внутренние диаметры нанотрубок составили 200±10 нм, толщина стенки составила 100±10 нм. Методом энергодисперсионной спектроскопии (ЭДС) был проведен качественный и количественный химический анализ полученных образцов. Достоверность количественного анализа достигалась путем снятия пяти спектров в различных областях одного образца. Согласно данным ЭДС все исходные образцы являются монокомпонентными, т.е. состоят только из цинка.

В свою очередь уникальные физико-химические свойства наноструктурных материалов обусловлены кристаллической структурой, изменяющейся под воздействием внешних факторов. В свою очередь, облучение электронами металлических наноструктур является эффективным инструментом для стимулирования контролируемой модификации структурных и проводящих свойств материалов. При облучении электронами, с энергией выше 1 МэВ, которые при прохождении сквозь материал передают свою энергию атомам мишени, в

41

Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2018, 1(122)

результате которого происходит электронное возбуждение. Для определения влияния электронного излучения на изменение проводящих свойств нанотрубок были измерены вольт- амперные характеристики исследуемых структур. На рисунке 2 представлен график изменения сопротивления нанотрубок в результате модификации нанотрубок электронным излучением.

Рисунок 2– График зависимости изменения сопротивления от дозы облучения для Zn нанотрубок

Как видно из графика, представленного на рисунке 2, изменение удельного сопротивления для Zn нанотрубок, носит нелинейный характер и подчиняется полиномиальному закону 1E − 05x² − 0,0021x + 0,9579. Согласно полученным данным облучение электронами приводит к снижению сопротивления на 9,2% для Zn нанотрубок при дозе облучения 50 кГр, и на 12,3% при дозе облучения 100 кГр соответственно. При этом увеличение дозы облучения выше 100 кГр вносит несущественный вклад в изменение сопротивления нанотрубок (не более 1%). На рисунке 3 представлены рентгенограммы полученных образцов до и после облучения потоком электронов с энергией 5 МэВ, плотностью тока 8 мА.

Характер дифрактограммы указывает на поликристаллическую структуру исследуемых образцов, которые обладают гексаганально-примитивной структурой с параметрами с кристаллической решеткиа = 2,6638±0,0006˚A ис = 4,9337±0,0045˚A для исходного образца, которые отличаются от эталонных значений. При этом величина параметра а в процессе облучения увеличивается а = 2,6647±0,0003˚A при дозе 50 кГр и 2,6660±0,0005˚A при дозе 100 кГр, в то время как значение параметра с уменьшается и равно 4,9270±0,0015˚A и 4,9152±0,0035˚A для доз 50 кГр и 100 кГр соответственно, тем самым наблюдается изменение межплоскостных расстояний между атомами кристаллической решетки нанотрубок.

При увеличении дозы облучения выше 100 кГр изменение параметров кристаллической решетки незначительно: а = 2,6661±0,0003˚A при дозе 150 кГр и 2,6662±0,0005˚A при дозах 200 и 250 кГр, с=4,9150±0,0015˚A, 4,9148±0,0035˚A и 4,9151±0,0012˚A при дозах 150, 200 и 250 кГр соответственно. Незначительное уменьшение среднего размера кристаллитов может быть обусловлено уширением пиков (100) и (101). Также на полученной дифрактограмме наблюдается увеличение интенсивности пиков ZnO (101), (102) и (212), что может быть обусловлено перекристаллизацией полученных Zn нанотрубок в процессе электронного облучения за счет отжига дефектов и снижению концентрации микронапряжений в кристаллической структуре. Появление оксидной фазы ZnO при дозе облучения 50 кГр и увеличение ее интенсивности при дозе облучения 100 кГр также подтверждает возникновение локальных областей нагрева и последующего окисления наноструктур. Степень окисления Zn нанотрубок была оценена с применением метода энерго-дисперсионного анализа. Атомное соотношение Zn/O в нанотрубках составило 95,6/4,4 и 90,2/9,8 при дозах

42

Д.Б. Кадыржанов, М.В. Здоровец, Козловский А.Л., Петров А.В.

Рисунок 3– Рентгеновские дифрактограммы Zn нанотрубок: 1– pristine; 2 – 50кГр;3 – 100 кГр: 4 – 150 кГр; 5 – 200 кГр

50 и 100 кГр. При этом с увеличением дозы облучения наблюдается незначительное изменение атомного соотношения (не более 10 % содержания кислорода в структуре нанотрубок), что также подтверждает появление примесной фазы ZnО в структуре нанотрубок в результате возникновения локальных областей нагрева в результате облучения.

Заключение. Таким образом, в результате облучения потоком электронов наблюдается изменение кристаллической решетки, что говорит об электронном отжиге дефектов.

С увеличением дозы облучения, происходит перестройка кристаллической структуры полученных нанотрубок. Количество дефектов напрямую влияет на проводящие свойства исследуемых нанотрубок. Облучение потоком электронов позволяет модифицировать кристаллическую структуру нанотрубок, проводить электронный отжиг дефектов, который не разрушает наноструктур, увеличивая проводимость нанотрубок.

43

Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2018, 1(122)

Список литературы

1 Cheng H. et al. Cu–Co Bimetallic Oxide Quantum Dot Decorated Nitrogen-Doped Carbon Nanotubes: A High Efficiency Bifunctional Oxygen Electrode for Zn–Air Batteries // Advanced Functional Materials. 2017. V. 27,

№ 30. P. 1–10.

2 Martinsong A.B.F. et al. ZnO nanotube based dye-sensitized solar cells // Nano letters. 2003. V. 7, № 8. P. 21883–

2187.

3 Galoppini E. et al. Fast electron transport in metal organic vapor deposition grown dye-sensitized ZnO nanorod solar cells // The Journal of Physical Chemistry B. 2016. V. 110, № 33. P. 16159–16161.

4 Wei N. et al. Hierarchical assembly of In2O3 nanoparticles on ZnO hollow nanotubes using carbon fibers as templates: Enhanced photocatalytic and gas-sensing properties // Journal of Colloid and Interface Science. 2017.

V. 498. P. 263–270.

5 Yan C. et al. Tube formation in nanoscale materials // Nanoscale research letters. 2008. V. 3, № 12. P. 473.

6 Weng B. et al. One-dimensional nanostructure based materials for versatile photocatalytic applications // Rsc Advances. 2014. V. 4, № 25. P. 12685–12700.

7 Liu S. et al. One-dimension-based spatially ordered architectures for solar energy conversion // Chemical Society Reviews. 2015. V. 44, № 15. P. 5053–5075.

8 Park H.K. et al.Purge-time-dependent growth of ZnO thin films by atomic layer deposition // Journal of Alloys and Compounds. 2014. V. 605. P. 124–130.

9 Park H.K. et al. Effects of in situ molecular oxygen exposure on the modulation of electrical properties of zinc oxide thin films grown by atomic layer deposition // Physica Status Solidi (a). 2015. V. 212, № 2. P. 323–328.

10 Kozlovskiy A.L. et al. Modification of structural and conductive properties of Zn nanotubes by irradiation with electrons with an energy of 5 MeV // Materials Research Express. 2017. V. 4, № 12.

Д.Б. Кадыржанов¹, М.В. Здоровец^1,2,3, Козловский А.Л.^1,2, Петров А.В.⁴

1Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi, Астана, Қазақстан

2Ядролық физика институтының филиалы, Астана,Қазақстан

3Ресей тұңғыш Президентi Б.Н. Ельцин атындағы Орал федерациялық университетi, Екатеринбург, Ресей

4Материалтану бойынша Беларус ҰҒА гылыми-практикалык орталык, Минск, Беларусь Zn нанотүтiкшелерiнiң құрылымдық қасиеттерiне сәулелендiру әсерiн зерттеу

Аннотация: Бұл жұмыста шаблонды полимерлi матрицалардың қуыстарына электрохимиялық тұндыру жолымен алынған Zn нанотүтiктерiнiң синтезi және олардың құрылымы мен өткiзгiштiк қасиеттерiн бағытталған түрлендiрудiң нәтижелерi көрсетiлген. Жүргiзiлген зерттеулердiң нәтижесiнде электрондар ағынымен сәулелендiру нанотүтiкшелердiң кристалдық құрылымын түрлендiруге және наноқұрылымдарды күйретпей, нанотүтiкшелердiң кедергiсiн азайтып, ақаулардың электрондық босаңдатуын жүргiзуге мүмкiндiк беретiнi анықталды.

Түйiн сөздер: шаблонды синтез, иондық-тректiк технология, электрохимиялық тұндыру, нанотүтiктер, наноқұрылымдар, радиациялық ақаулар.

D.B. Kadyrzhanov¹, M.V. Zdorovets^1,2,3, A.L. Kozlovskiy^1,2, A.V. Petrov⁴

1L.N. Gumilyov Eurasian National University, Astana, Kazakhstan

2Astana Branch of the Institute of Nuclear Physics, Astana, Kazakhstan

3Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin, Yekaterinburg, Russia

4BelNSA Research and Practical Center for Materials Science, Minsk, Belarus

Investigation of the effect of irradiation on the structural properties of Zn nanotubes

Abstract:The paper presents the results of synthesis and directional modification of structural and conductive properties of Zn nanotubes obtained by electrochemical deposition in the pores of template polymer matrices. As a result of conducted studies, it was established that irradiation with an electron flow allows modifying the crystal structure of nanotubes and conducting an electronic annealing of defects, which does not destroy nanostructures, reducing the resistance of nanotubes.

Keywords: template synthesis, ion-track technology, electrochemical deposition, nanotubes, nanostructures, growth mech- anisms, radiation defects.

References

1 Cheng H. et al. Cu-Co Bimetallic Oxide Quantum Dot Decorated Nitrogen-Doped Carbon Nanotubes: A High Efficiency Bifunctional Oxygen Electrode for Zn–Air Batteries, Advanced Functional Materials,27(30), 1-10 (2017).

2 Martinsong A.B.F. et al. ZnO nanotube based dye-sensitized solar cells, Nano letters,7(8), 2183-2187 (2003) 3 Galoppini E. et al. Fast electron transport in metal organic vapor deposition grown dye-sensitized ZnO nanorod

solar cells, The Journal of Physical Chemistry B,110(33), 16159-16161 (2016).

4 Wei N. et al. Hierarchical assembly of In2O3 nanoparticles on ZnO hollow nanotubes using carbon fibers as tem- plates: Enhanced photocatalytic and gas-sensing properties, Journal of Colloid and Interface Science,498, 263-270 (2017).

5 Yan C. et al. Tube formation in nanoscale materials, Nanoscale research letters,3(12), 473 (2008).

44

Д.Б. Кадыржанов, М.В. Здоровец, Козловский А.Л., Петров А.В.

6 Weng B. et al. One-dimensional nanostructure based materials for versatile photocatalytic applications, Rsc Ad- vances,4(25), 12685-12700 (2014).

7 Liu S. et al. One-dimension-based spatially ordered architectures for solar energy conversion, Chemical Society Reviews,44(15),5053-5075 (2015).

8 Park H.K. et al.Purge-time-dependent growth of ZnO thin films by atomic layer deposition, Journal of Alloys and Compounds,605, 124-130 (2014)

9 Park H.K. et al, Effects of in situ molecular oxygen exposure on the modulation of electrical properties of zinc oxide thin films grown by atomic layer deposition, Physica Status Solidi (a),212(2), 323-328 (2015)

10 Kozlovskiy A.L. et al. Modification of structural and conductive properties of Zn nanotubes by irradiation with electrons with an energy of 5 MeV, Materials Research Express,4(2), (2017).

Сведения об авторах:

Кадыржанов Д.Б. - Халықаралық ядролық физика, Жаңа материалдар және технологиялар кафедрасының докторанты, Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi. Сәтпаев к. 2, Астана, Қазақстан.

Здоровец М.В.- физика-математика ғылымдарының кандидаты; Ядролық физика институтының Астана филиалының директоры (АФ ИЯФ), Абылай хан к. 2/1, Астана, Қазақстан.

Козловский А.Л. - PhD, қатты дене физикасы зертханасының инженерi, АФ ИЯФ, Абылай хан к. 2/1, Астана, Қазақстан.

Петров А.В.- Белнан материалтану бойынша ғылыми қызметкер, Минск, Беларусь Республикасы.

Kadyrzhanov D.B. - PhD student of the International Department of Nuclear Physics, New Materials and Technologies, Eurasian National University of L.N. Gumilyov, 2, Satpaev str., Astana, Kazakhstan.

Zdorovets M.V.- Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Director of the Astana branch of the Institute of Nuclear Physics, 2/1, Abylai Khan str., Astana, Kazakhstan.

Kozlovskiy A.L.- PhD, Engineer of the Laboratory of Solid State Physics of the Astana branch of the Institute of Nuclear Physics, 2/1, Abylai Khan str., Astana, Kazakhstan.

Petrov A.V.- Researcher of BelNan on Material Science, Minsk, Republic of Belarus.

Поступила в редакцию 15.05.2017

45