ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ, 2020, том 90, № 9, с. 1414-1421

УДК 544.723.2:661.183.7;658.562.6;541.182

СТРУКТУРНО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ОКСИДА

АЛЮМИНИЯ ПОСЛЕ НАНЕСЕНИЯ ТИТАНОКСИДНЫХ

НАНОПОКРЫТИЙ РАЗЛИЧНОЙ ТОЛЩИНЫ

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет),

Московский пр. 26, Санкт-Петербург, 190013 Россия

*е-mail: Zakharova@lti-gti.ru

Поступило в Редакцию 18 мая 2020 г.

После доработки 24 мая 2020 г.

Принято к печати 27 мая 2020 г.

С использованием метода молекулярного наслаивания попеременной обработкой парами тетрахлорида

титана и воды нанесены титаноксидные покрытия на поверхность пластин из поликристаллического

оксида алюминия. С применением электронной спектроскопии диффузного отражения показано, что при

различной толщине нанопокрытия образуются различающиеся по структуре поверхностные комплексы:

искаженные октаэдрические (алюмотитанатные), с тетраэдрической координацией титана и полиэдры

с анатазоподобным окружением центрального атома. В процессе синтеза изменяется морфология по-

верхности, и после 600 циклов наслаивания титаноксидное покрытие занимает всю поверхность исходной

подложки.

Ключевые слова: нанопокрытие, поликристаллический оксид алюминия, молекулярное наслаивание,

электронная спектроскопия диффузного отражения, структура и морфология поверхности

DOI: 10.31857/S0044460X20090139

Различные по кристаллической структуре и ге-

верхности различных твердофазных матриц [7-9].

ометрической форме образцы оксида алюминия

Композиции, в основу которых заложены извест-

(пористые частицы, волокна, пластины, готовые

ные характеристики объемного диоксида титана

изделия) находят широкое применение как сор-

(высокая диэлектрическая проницаемость, полу-

бенты, носители в гетерогенном, в том числе мем-

проводниковые, оптические, химические и др.

бранном катализе, наполнители композиционных

свойства), используются для создания оболочко-

материалов, матрицы в сенсорных устройствах и

вых пигментов и наполнителей, сорбентов, катали-

др. [1-3].

заторов, защитных и оптических покрытий, полу-

Одно из перспективных направлений регу-

проводниковых структур, а также при разработке

лирования свойств изделий на основе оксида

химических сенсоров резистивного типа [10-14].

алюминия - модифицирование его поверхности

Для оптимизации получения таких композиций

[3-6]. Для создания твердофазных материалов с

важно выявить взаимосвязь между структурно-хи-

новыми свойствами широко применяется хими-

мическими, количественными, морфологически-

ческая нанотехнология с использованием метода

ми характеристиками нанесенного покрытия и

молекулярного наслаивания, позволяющего осу-

функциональными свойствами композита. Напри-

ществлять химическую сборку поверхностных

мер, в анатазной модификации диоксид титана

наноструктур строго заданного состава и строе-

является активным катализатором дегидратации,

ния [6-7]. К модификаторам широкого назначения

в рутильной - катализатором дегидрирования, а

относятся титаноксидные нанопокрытия на по-

при одновременном присутствии аморфной, ана-

1414

СТРУКТУРНО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТИ

1415

Схема 1.

тазной и рутильной модификаций проявляет по-

титаноксидных наноструктур использовали ке-

вышенную фотокаталитическую активность [15].

рамические пластины из поликристаллического

В газовой сенсорике TiO₂ со структурой брукита

оксида алюминия. Покрытия заданной толщины

имеет повышенную чувствительность к водороду

получали многократной попеременной обработ-

по сравнению с диоксидом со структурой рутила

кой пластины парами тетрахлорида титана и воды.

[16]. Композит, полученный нанопокрытием ди-

Формирование титаноксидного покрытия можно

оксидом титана поверхности пластин из поликри-

представить схемой 1, включающей многократно

сталлического оксида алюминия, используется в

(заданное число раз) и попеременно повторяющи-

составе сенсоров на кислород [17, 18].

еся химические реакции [7, 8, 23].

Нами изучены особенности структуры и морфо-

Были исследованы образцы пластин из поли-

логии титаноксидного слоя различной толщины,

кристаллического оксида алюминия с титаноксид-

полученного методом молекулярного наслаивания

ными покрытиями после 150, 300, 450, 600 циклов

на поверхности пластин из поликристаллического

молекулярного наслаивания (обозначение образ-

Al₂O₃, и исследована взаимосвязь его свойств с

цов А-150, А-300, А-450, А-600 соответственно).

сенсорными характеристиками датчиков на кисло-

Электронные спектры диффузного отражения

род на основе таких композиций [17].

(рис. 1а) полученных покрытий усложнены и име-

В качестве исходной подложки для синтеза

ют несколько перегибов в области 350-400 нм.

Результаты математической обработки электронных спектров (масимумы I, II, III) диффузного отражения образцов

поликристаллического оксида алюминия с нанесенными слоями оксида титана (указано число циклов молекулярно-

го наслаивания)

III

Образец

E₀, эВ

λ, нм

E₀, эВ

λ, нм

E₀, эВ

λ, нм

А-150

4.51

275

3.54

350

–

А-300

4.45

279

3.73

332

3.41

364

А-450

4.35

273

3.70

335

3.36

369

А-600

3.55

349

3.23

384

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 9 2020

1416

ЗАХАРОВА и др.

(а)

(б)

анатаз

λ, нм

Рис. 1. Электронные спектры диффузного отражения (а) модифицированных титанокcидными наноструктурами образцов

поликристаллического оксида алюминия до (а) и после дифференцирования (б). 1 - А-150, 2 - А-300, 3 - А-450, 4 - A-600.

Анатаз - диапазон (нм), в котором координационное состояние атома титана находится в анатазной модификации [24, 25].

Максимумы I, II, III соответствуют различному координационному состоянию атома титана в поверхностных структурах.

Дифференцирование полученных спектров

связи Al-O-Ti в интенсивность полосы с перено-

(рис. 1б) позволило выявить три максимума на

сом заряда от кислорода к титану [8].

кривых (I, II и III), что может свидетельствовать о

Результаты математической обработки (см.

различной структурной организации титаноксид-

таблицу) свидетельствуют о присутствии на по-

ных соединений на поверхности Al₂O₃ [8, 23].

верхности керамической матрицы титаноксидных

По-видимому, при нанесении титаноксидного

структур с различным координационным окруже-

монослоя происходит перестройка поверхностной

нием атома титана. Максимум полосы I в спектрах

структуры с возникновением асимметричных свя-

характеризует координационное состояние атомов

зей Al-O-Ti. С увеличением числа циклов обра-

титана в составе алюмотитаната (Е₀~4.5 эВ). По-

ботки до 600 происходит перекрывание подложки

лоса II принадлежит тетраэдрически координиро-

с полным экранированием поверхности Al₂O₃ ти-

ванному титаноксидному комплексу (Е₀~3.7 эВ),

танкислородными группами. По мере наращива-

полоса III может быть отнесена к титанкислород-

ния покрытия уменьшается вклад асимметричной

ным полиэдрам с координационным кислородным

(а)

(б)

(в)

мкм²

Рис. 2. АСМ-Изображения поверхности исходной подложки из поликристаллического оксида алюминия (область скани-

рования 1×1 мкм²). (а) - топография, (б) - фазовый контраст, (в) - 3D-изображение.

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 9 2020

СТРУКТУРНО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТИ

1417

(а)

(б)

мкм²

(в)

(г)

мкм²

Рис. 3. АСМ-Изображения модифицированных титаноксидными наноструктурами образцов подложек из поликристалли-

ческого оксида алюминия А-300 (а, б) и А-600 (в, г) (область сканирования 1×1 мкм²). (а, в) - топография, (б, г) - фазовый

контраст.

окружением, характерным для анатаза (Е₀ ~3.4 эВ)

наслаивания [23]. Взаимное влияние поверхно-

[20-22].

сти подложки и наращиваемого слоя проявляется

С увеличением числа циклов молекулярного

на этапе синтеза, когда формируется структура,

наслаивания наблюдается сдвиг середины пере-

характерная для алюмотитаната (максимум I). По

хода полос II (332 нм → 349 нм) и III (363 нм →

мере увеличения толщины оксидного покрытия

влияние поверхности алюмооксидной матрицы

384 нм), что свидетельствует об уменьшении иска-

ослабевает, что проявляется в снижении степени

жения полиэдров тетраэдрически и октаэдрически

искажения полиэдров.

координированных комплексов и об изменении

величины Е₀ в спектрах с переносом заряда. По-

По данным атомно-силовой микроскопии

лученные результаты достаточно убедительно де-

(АСМ) (рис. 2), поверхность исходной подложки

монстрируют известные эффекты, наблюдаемые

состоит из кристаллитов, латеральный размер ко-

в пленках, полученных методом молекулярного

торых составляет от 1 до 7 мкм, а перепад высот

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 9 2020

1418

ЗАХАРОВА и др.

толщины пленки происходит возрастание средней

шероховатости R_a образцов А-300, А-450 и А-600

до 2.77, 6.57 и 5.18 нм соответственно.

Таким образом, согласно данным электронных

спектров диффузного отражения и АСМ, по мере

увеличения толщины титаноксидного слоя на под-

ложке в виде пластины из поликристаллического

оксида алюминия изменяется координация титана

в образованных поверхностных структурах в тон-

ком приповерхностном слое, а также морфология

и шероховатость поверхности.

Нами проанализирована связь выявленных

Рис. 4. Влияние соотношения координационного состо-

яния образованных титаноксидных структур на поверх-

структурно-морфологических особенностей по-

ности датчика на чувствительность к O₂от количества

верхности синтезированных образцов с характе-

циклов молекулярного наслаивания. N - Количество

ристиками полученных на их основе датчиков на

циклов обработки, I - координационное состояние ато-

кислород [17] (рис. 4). Исходя из данных по чув-

мов титана, аналогичное их окружению в составе

ствительности к O₂при его концентрации 10%

алюмотитаната; II - тетраэдрически координирован-

ный титаноксидный комплекс; III - титанкислородные

(температура детектирования 300°С), в зависи-

полиэдры с анатазоподобной структурой. 1 - R_O2/R_Ar >

мости от структуры и толщины титаноксидного

1 ГОм; 2 - R_O2/R_Ar = 21.2, t_отклик = 196 с; 3 - R_O2/R_Ar

слоя изменяется его относительное сопротивление

= 106 с.

11.6, t_отклик = 188 с; 4 - R_O2/R_Ar = 12.5, t_отклик

и время отклика. Относительное сопротивление

между ними достигает 1.5 мкм. Такие кристал-

оценивали по соотношениюR_O2/R_Ar, где R_O2 - со-

литы имеют зернистую структуру и состоят из

противление пленки TiO₂ при заданной концентра-

спеченных друг с другом частиц с диаметром от

ции О₂, R_Ar - сопротивления пленки TiO₂ в аргоне.

50 до 230 нм и выступающей над поверхностью

Электропроводность оксидов металлов зависит

высотой в 3-7 и 22-25 нм соответственно. Сред-

от их структуры, объемной разупорядоченности

няя шероховатость Ra исходной поверхности -

кристаллической решетки, дефектности поверхно-

0.64 нм.

сти кристаллитов, границ между зернами, а также

После проведения 150 циклов молекулярного

поверхностных свойств полученного покрытия,

наслаивания не происходило значительных изме-

на котором протекают окислительно-восстанови-

нений морфологии поверхности. На изображени-

тельные процессы при контакте с анализируемой

ях образца А-300 (рис. 3), полученных в режиме

газовой средой [15, 16].

фазового контраста, видны границы отдельных

При увеличении толщины покрытия умень-

участков с различными адгезионными характери-

шается доля тетраэдрически координированных

стиками, что свидетельствует о неполном пере-

комплексов титана с кислородом (I_отн.ед.) от 87 до

крывании поверхности подложки титаноксидным

19 (II) и увеличивается до 81 (III) доля комплексов

слоем. При молекулярном наслаивании формиру-

с координационным состоянием атома титана, ха-

ется оксидное покрытие, состоящее из близко рас-

рактерным для анатазной модификации (образец

положенных друг к другу частиц округлой формы

А-600) (рис. 4, см. таблицу). Время отклика (t_отклик)

диаметром 20-35 нм. С возрастанием количества

снижается при этом до 106 с за счет увеличения

циклов молекулярного наслаивания до 450 и 600

скорости поверхностных реакции с газом-анали-

происходит значительное изменение морфологии

том, что связанно, по-видимому, как с увеличением

поверхности исходной подложки, которая полно-

шероховатости (размером активной поверхности),

стью перекрывается сформированным покрытием.

так и со способностью анатаза к дефектообразо-

О сплошном титаноксидном слое свидетельствует

ванию в анионной подрешетке (аналитические

отсутствие участков с различными адгезионными

способности системы обусловлены появлением

свойствами, как это наблюдалось в режиме фазо-

(исчезновением) и перемещением кислородных

вого контраста для образца А-300. С увеличением

вакансий в TiO₂ [26]).

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 9 2020

СТРУКТУРНО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТИ

1419

Таким образом, при нанесении титаноксидно-

виде интегрирующей сферы Ульбрихта в диапазо-

го слоя методом молекулярного наслаивания на

не длин волн 350-900 нм с шагом сканирования

поверхность пластин из поликристаллического

1 нм [20]. Одновременно с фиксацией спектра про-

Al₂O₃ с увеличением количества циклов обра-

водили его аппаратное дифференцирование.

ботки формируются различные поверхностные

С целью выделения вклада титаноксидных

структуры, содержащие искаженные октаэдриче-

структур с различным координационным окруже-

ские (алюмотитанатные) структуры, комплексы с

нием атома титана длинноволновый край полосы

тетраэдрической координацией титана и полиэдры

поглощения полученных спектров делили на со-

с анатазоподобным окружением центрального ато-

ставляющие, описываемые распределением Фер-

ма. При этом возрастает шероховатость поверхно-

ми-Дирака [21]. По методике [22] были рассчи-

сти образцов: при 600 циклах молекулярного на-

таны значения оптической ширины запрещенной

слаивания шероховатость почти в 8 раз выше по

зоны Е₀ (величина расщепления орбиталей поверх-

сравнению с исходной подложкой.

ностного комплекса) для всех образцов и I_отн.ед.

Наилучшими газочувствительными характери-

(доля общей интенсивности соответствующей ко-

стиками при детектировании кислорода обладают

ординации в приповерхностном слое в области

резистивные датчики на основе синтезированных

края фундаментального поглощения). Получен-

материалов с повышенной шероховатостью и пол-

ные данные сравнивали со значениями оптической

ным перекрытием поверхности алюмооксидной

ширины запрещенной зоны для кристаллических

подложки оксидом титана, обладающим анатазо-

фаз диоксида титана анатаза (Е₀= 3.3 эВ) и рутила

подобной структурой.

(Е₀= 3.0 эВ) и оценивали структуру образующе-

гося комплекса (тетраэдрически или октаэдриче-

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ски координированный) и степень искаженности

В качестве исходной подложки для синтеза ти-

структуры (анатазо- или рутилоподобная коорди-

таноксидных наноструктур использовали керами-

нация) в процессе наращивания титаноксидных

ческие пластины из поликристаллического оксида

наноструктур на поверхности оксидов [22].

алюминия. Синтез покрытий заданной толщины

Исследование морфологии поверхности ис-

проводили путем многократной попеременной

ходной подложки и модифицированных образцов

обработки образцов парами тетрахлорида титана

проводили на атомно-силовом микроскопе (АСМ)

TiCl₄ ОСЧ (ТУ 6-09-2118-77) и дистиллированной

марки Solver P47 Pro (НТ-МДТ, Россия) в полукон-

воды (ГОСТ 6709-72). Перед началом синтеза, ис-

тактном режиме на воздухе. Образцы сканировали

ходные керамические подложки Al₂O₃ обезжири-

в двух вариантах: в режиме топографии, позво-

вали горячим (75-80°C) перекисно-аммиачным

ляющем оценить геометрические параметры по-

раствором (водный раствор H₂O₂ и NH₄OН). Син-

верхности, и фазового контраста для определения

тез проводили в проточно-вакуумной установке

различия в химическом составе участков образца

при 220°С, остаточном давлении 10³Па с постоян-

по изменению амплитудно-частотной характери-

ной продувкой осушенным азотом. С учетом ранее

стики кантилевера, зависящей от его адгезионных

проведенных исследований [8, 17, 19], время напу-

взаимодействий с поверхностью.

ска паров TiCl₄ и H₂O составляла 0.4 и 0.1 с соот-

ветственно; время откачки избытка соответствую-

БЛАГОДАРНОСТЬ

щего реагента и газообразного продукта реакции

Авторы выражают признательность А.С. Ко-

(хлороводорода) - 15 с. Время напуска и откачки

четковой за проведенные измерения с помощью

паров тетрахлорида титана и воды контролирова-

АСМ на базе Центра коллективного пользования

ли с помощью микроконтроллера с точностью до

«Химическая сборка наноматериалов» Санкт-Пе-

0.1 с.

тербургского государственного технологического

Структуру поверхности полученной компози-

института.

ции и координационное состояние титана в со-

ФОНДОВАЯ ПОДДЕРЖКА

ставе покрытия изучали с использованием элек-

тронной спектроскопии диффузного отражения

Работа выполнена при частичной финан-

на спектрофотометре Specord M40 с приставкой в

совой поддержке Министерства образования

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 9 2020

1420

ЗАХАРОВА и др.

и науки (уникальный идентификатор проекта

J. Mater. Sci. Mater. Electronics. 2015. P. 5135. doi

RFMEFI60719X0328).

10.1007/s10854-015-3041-0

14.

Patil S.J., Patil A.V., Dighavkar C.G., Thakare K.S.,

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Borase R.Y., Nandre S.J., Deshpande N.G., Ahire R.R. //

Front. Mater. Sci. 2015.Vol. 9. N 1. P. 14. doi 10.1007/

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

s11706-015-0279-7

интересов.

15.

Артемьев Ю.М., Рябчук В.К. Введение в гетероген-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ный фотокатализ. СПб: СПбГУ, 1999. 304 с.

16.

Kim D.H., Kim W.S., Kim S., Hong S.H. // ACS Appl.

Кондратенко А.Н., Голубкова Т.А. // Конструкции

Mater. Interf. 2014. Vol 6. N 15. P. 11817. doi 10.1021/

из композиционных материалов. 2009. № 1. С. 24.

am501656r

Сокол В.А., Яковцева В.А, Шиманович Д. // Докл.

17.

Mokrushin A.S., Simonenko E.P., Simonenko N.P.,

БГУИР. 2012. T. 64. № 2. C. 21.

Akkuleva K.T., Antipov V.V., Zaharova N.V., Maly-

Мазалов Ю.А., Федотов А.В., Берш А.В. // Техноло-

gin A.A., Bukunov K.A., Sevastyanov V.G., Kuzne-

гия металлов. 2008. С. 8.

tsov N.T. // Appl. Surface Sci. 2019. Vol. 463. P. 197. doi

Муслимов А.Э., Асадчиков В.Е., Буташин А.В., Вла-

10.1016/j.apsusc.2018.08.208

сов В.П., Дерябин А.Н., Рощин Б.С., Сульянов С.Н.,

18.

Galstyan V., Comini E., Faglia G., Sberveglieri G. //

Каневский В.М. // Кристаллография. 2016. С. 703;

Sensors. 2013. Vol. 13. N 1. P. 14813. doi 10.3390/

Muslimov A.E., Asadchikov V.E., Butashin A.V., Vlasov

s131114813

V.P., Deryabin A.N., Roshchin B.S., Sulyanov S.N.,

19.

Malygin A.A., Drozd V.E., Malkov A.A., Smirnov V.M. //

Kanevsky V.M. // Crystallogr. Rep. 2016. Vol. 61. N 5.

Chem. Vapor Depos. 2015. Vol. 21. N 10-12. P. 216. doi

С. 730. doi 10.7868/S0023476116050143

10.1002/cvde.201502013

Саврук Е.В., Смирнов С.В. // Изв. вузов. Физика.

2009. Т. 52. № 11/2. С. 24.

20.

Коштял Ю.М., Малков А.А., Васильева К.Л., Захаро-

Малыгин А.А. Наноматериалы: свойства и перспек-

ва Н.В., Малыгин А.А. // ЖОХ. 2013. Т. 83. Вып. 2.

тивные приложения. М.: Научный мир, 2015. С. 84.

С. 177; Koshtyal Yu.M., Malkov A.A., Vasilyeva K.L.,

Chiappim W., Testoni G.E., de Lima J.S.B., Medei-

Zakharova N.V., Malygin A.A. // Russ. J. Gen.

ros H.S., Sávio Pessoa R., Grigorov K.G., Vieira L.,

Chem.

2013. Vol. 83. N 2. P. 231. doi 10.1134/

Maciel H.S. // Brazil. J. Phys. 2016. Vol. 46. N 1. Р. 56.

S1070363213020011

doi 10.1007/s13538-015-0383-2

21.

Яворский Б.М., Детлаф А.А., Лебедев А.К. Спра-

Малков А.А., Соснов Е.А., Малыгин А.А. // ЖПХ.

вочник по физике. М.: Оникс, Мир и образование,

2010. Т. 83. Вып. 9. С. 1409; Malkov A.A., Sosnov E.A.,

2006. 1056 с.

Malygin A.A. // Russ. J. Appl. Chem. 2010. Vol. 83. N 9.

22.

Соснов Е.А., Малков А.А., Малыгин А.А. // ЖФХ.

P. 1511. doi 10.1134/S1070427210090016

2009. T. 83. № 4. C. 746. // Sosnov E.A., Malkov A.A.,

Соснов Е.А., Малков А.А., Малыгин А.А. // ЖОХ.

Malygin A.A. // Russ. J. Phys. Chem. 2009. Vol. 83.

2010. Т. 80. Вып. 6. С. 1008; Sosnov E.A., Mal-

N 4. P. 642. doi 10.1134/S0036024409040219

kov A.A., Malygin A.A. // Russ. J. Gen. Chem. 2010.

23.

Малыгин А.А., Малков А.А., Соснов Е.А. // Изв. АH.

Vol. 80. N 6. P. 1176. doi 10.1134/S1070363210060216

Сер. хим. 2017. № 11. С. 1939; Malygin A.A., Mal-

10.

Обвинцева Л.А. // Рос. хим. ж. 2008. Т. 52. № 2.

kov A.A., Sosnov E.A. // Russ. Chem. Bull. 2017. N 11.

С. 113.

P. 1939. doi 10.1007/s11172-017-1971-9

11.

Melike A., Meryem S., Deniz P., Erdogana A., Saya Z.,

24.

Xu M., Gao Y., Moreno E.M., Kunst M., Muhler M.,

Yildirimb C., Birerbc O., Ozensoy E. // Appl.

Wang Y., Idriss H., Wöll C. // Phys. Rev. Lett. 2011.

Surface Sci. 2014. Vol. 318. P. 142. doi 10.1016/j.

Vol. 106. P. 138. doi 10.1103/PhysRevLett.106.138302

apsusc.2014.02.065

25.

Li, S.C., Diebold U. // J. Am. Chem. Soc. 2010.

12.

Ramamoorthy P., Dutta P.K., Akbar S.A. // J. Mater. Sci.

Vol. 132. P. 64. doi 10.1021/ja907865t

2003. N 38. P. 4271. doi 10.1023/A:1026370729205

26.

Глазкова Н.И., Никитин К.В., Катаева Г.В., Рудако-

13.

Muthukrishnan K., Vanaraja M., Boomadevi S.,

ва А.В., Рябчук В.К. // Фундаментальные исследова-

Karn R.K., Rayappan J.B., Singh V., Pandiyan K. //

ния. 2013 № 10. C. 1955.

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 9 2020

СТРУКТУРНО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТИ

1421

Structural and Morphological Features of Polycrystalline

Aluminum Oxide Surface After Nano-Coating with Titanium

Oxide of Different Thickness

N. V. Zakharova*, K. T. Akkuleva, and A. A. Malygin

St. Petersburg State Institute of Technology (Technical University), St. Petersburg, 190013 Russia

*e-mail: Zakharova@lti-gti.ru

Received May 18, 2020; revised May 24, 2020; accepted May 27, 2020

Using the method of molecular layering (MN) by alternating treatment of a given number of times with pairs

of titanium tetrachloride and water (MN cycle), films of titanium oxide were synthesized on the surface of

polycrystalline aluminum oxide substrates. Due to diffuse reflection electron spectroscopy, it is shown that the

thickness of the nanocoat, set by the number of MN cycles, produces surface complexes that differ in struc-

ture: distorted octahedral (aluminum-titanate), with tetrahedral coordination of titanium and polyhedra with an

anatase-like environment of the central atom.According to AFM data, the surface morphology changes during

synthesis and after 600 MN cycles, a coating is formed that covers the entire surface of the original substrate.

The relationship between the structure and thickness of the titanium oxide coating and the previously studied

sensor characteristics of sensors based on it when detecting oxygen is evaluated.

Keywords: nano-coating, polycrystalline aluminum oxide, molecular layering, diffuse reflection electron spec-

troscopy, surface structure and morphology

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 9 2020