ИСТИНА

Целью настоящего исследования является разработка методики выбора условий электроосаждения, обеспечивающих мгновенную нуклеацию металла в процессе темплатного электроосаждения и узкое распределение формируемых наноструктур по размерам.

Templated electrodeposition using porous anodic aluminium oxide films is widely used to create the arrays of one-dimensional nanostructures. It possesses high efficiency due to its instrumental simplicity and the opportunity to control the diameter, length, microstructure, and packing density of the nanorods independently. The main problem of templated electrodeposition is the uneven filling of the template, which leads to the high dispersion of nanorods length and low template filling. The metal grows unevenly because of the features of mass-transport: in case of diffusion regime of electrodeposition, longer nanorods grow much faster than the shorter ones. Thus even minor initial dispersion of the length of nanorods leads to a significant increase in the distribution width during the electrodeposition. Currently, a systematic search of the optimal conditions of templated deposition is impossible because of the absence of a quantification method of the diffusion limitations. In the frame of the present study, the dependence of the fraction of diffusion current will be determined using a hydrodynamic wall-tube cell. In this case, the density of diffusion current is proportional to the square root of the volumetric rate of electrolyte flow, directed perpendicular to a stationary electrode. The technique of the choice of optimal deposition potential will be created using obtained experimental data and developed theoretical models. Another reason of high dispersion of nanowires length is progressive nucleation of metal at the initial stage of templated electrodeposition. The formation of a new phase on flat electrodes is studied quite extensively. However, existing models cannot be directly applied in the case of templated electrodeposition. Local current maximum caused by an increase in the electroactive surface and a decrease in diffusion current is expected to be the indicator of progressive nucleation. The dependence of the rate of nucleation on overpotential will be determined using the analysis of experimental and calculated chronoamperograms of initial stages of templated electrodeposition. Successful implementation of the project will give us the universal method for choosing the conditions of templated electrodeposition for preparation of arrays of metal nanostructures with narrow size distribution. Arrays of uniform metal nanorods are highly demanded in various fields of nanotechnology, including nanophotonics and microelectronics.

1) Хроноамперограммы темплатного электроосаждения в условиях принудительной конвекции, обеспечивающих управление толщиной внешнего диффузионного слоя. Экспериментальные данные подобного рода чрезвычайно важны для разработки новых и верификации уже существующих теоретических моделей роста металла в условиях пространственных ограничений. 2) Методика выбора величины и длительности нуклеационного импульса, необходимого для одновременного зарождения наностержней. Неодновременное начало образования наностержней значительно усугубляет неоднородность роста металла в условиях диффузионных ограничений. Таким образом, мгновенное зародышеобразование является необходимым условием получения наностержней с узким распределением по длине. 3) Зависимости доли диффузионного тока от перенапряжения и методика выбора оптимального потенциала осаждения. Считается, что диффузионные ограничения являются основной причиной неравномерного заполнения матрицы металлом, однако в литературе не приводится метода оценки степени влияния диффузии на процесс электроосаждения. Качественно возможность определения границ диффузионного режима уже была продемонстрирована нами ранее. Использование гидродинамического электрода позволит не только качественно, но и количественно определять степень диффузионных ограничений и, следовательно, выбирать оптимальный по отношению к дисперсии наностержней по длине потенциал электроосаждения.