Composition and morphology of thin transparent films obtained from sols based on TiN(IV) compounds

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The results of a comparative study of the composition and structure of thin films formed from film-forming sol-gel compositions based on SnCl4/EtOH/H2O and SnCl4/EtOH/H2O/NH4ОН precursors are presented. The features of the morphology and distribution of Sn, N and Cl atoms over the surface of the films were analyzed, as well as the transparency of the films depending on the amount of ammonium hydroxide introduced into the sol-gel composition. Possible chemical processes and reaction products underlying film formation and crystallization of film surfaces are considered. It was shown that the size and shape of the resulting skeletal crystals depend on the amount of ammonium hydroxide introduced into the sol-gel system. Formation of SnO2 crystals and crystals containing NH4Cl was studied in the films at the nano- and micro scales by using optical and electron microscopy and X-ray phase analysis. The new data obtained make it possible to control the morphology and composition of the synthesized thin films by changing the ratio of sol-gel synthesis precursors.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Е. A. Bondar’

Satpayev University

Email: floijan@gmail.com

Institute of Physics and Technology

Kazakhstan, Almaty, 050013

О. А. Shilova

Satpayev University; Institute of Silicate Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: floijan@gmail.com

Institute of Physics and Technology

Kazakhstan, Almaty, 050013; St. Petersburg, 199034, Russia

I. А. Lebedev

Satpayev University

Email: floijan@gmail.com

Institute of Physics and Technology

Kazakhstan, Almaty, 050013

Е. А. Dmitrieva

Satpayev University

Email: floijan@gmail.com

Institute of Physics and Technology

Kazakhstan, Almaty, 050013

A. I. Fedossimova

Satpayev University

Email: floijan@gmail.com

Institute of Physics and Technology

Kazakhstan, Almaty, 050013

A. S. Kovalenko

Institute of Silicate Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: floijan@gmail.com
Russian Federation, St. Petersburg, 199034

A. M. Nikolaev

Institute of Silicate Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: floijan@gmail.com
Russian Federation, St. Petersburg, 199034

S. А. Ibraimova

Satpayev University

Email: floijan@gmail.com

Institute of Physics and Technology

Kazakhstan, Almaty, 050013

A. K. Shongalova

Satpayev University

Email: floijan@gmail.com

Institute of Physics and Technology

Kazakhstan, Almaty, 050013

U. B. Issayeva

Satpayev University

Email: floijan@gmail.com

Institute of Physics and Technology

Kazakhstan, Almaty, 050013

References

  1. Zhao Q., Ma L., Zhang Q. et al. // J. Nanomater. 2015. V. 15. P. 850147. https://doi.org/10.1155/2015/850147
  2. Mahmood K., Khalid A., Nawaz F., Mehran M.T.J. // J. Colloid Interface Sci. 2018. V. 532. Р. 387. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2018.08.009
  3. Li J., Bu T., Liu Y. et al. // Chem. Sus. Chem. 2018. V. 11. № 17. P. 2898. https://doi.org/10.1002/cssc.201801433
  4. Liu Z., Deng K., Hu J., Li L. // Angew. Chem. Int. Ed. 2019. V. 58. № 33. P. 11497. https://doi.org/10.1002/anie.201904945
  5. Dalapati G.K., Sharma H., Guchhait A. et al. // J. Mater. Chem. A. 2021. V. 9. P. 16621. https://doi.org/10.1039/D1TA01291F
  6. Sharma A., Ahmed A., Singh A. et al. // J. Electrochem. Soc. 2021. V. 168. P. 027505. https://doi.org/10.1149/1945-7111/abdee8
  7. Vargheese S., Kumar R.S., Rajendra Kumar R.T. et al. // J. Energy Storage. 2023. V. 68. Р. 107671. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.107671
  8. Yoon C.-M., Jekal S., Kim D.-H. et al. // Nanomaterials. 2023. V. 13. № 10. P. 1614. https://doi.org/10.3390/nano13101614
  9. Shang J., Zhang T., Li X. et al. // Sep. Purif. Technol. 2023. V. 311. Р. 123342. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.123342
  10. Прусов A.Н., Прусова С.М., Захаров А.Г. и др. // Журн. неорган. химии. 2019. Т. 64. № 4. С. 350. https://doi.org/10.1134/S0044457X19040172
  11. Tibayan E.B., Muflikhun M.A., Kumar V. et al. // Ain Shams Eng. J. 2019. V. 11. № 3. P. 767. https://doi.org/10.1016/j.asej.2019.11.009
  12. Simonenko E.P., Mokrushin A.S., Nagornov I.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2024. https://doi.org/10.1134/S0036023624601703
  13. Bakin A.S., Bestaev M.V., Dimitrov D.Tz. et al. // Thin Solid Films. 1997. V. 296. P. 1.
  14. Симоненко Е.П., Симоненко Н.П., Мокрушин А.С. и др. // Журн. неорган. химии. 2018. Т. 63. № 7. С. 805. https://doi.org/10.1134/S0044457X1807019X
  15. Gao M., Gong Z., Li H. et al. // Adv. Funct. Mater. 2023. V. 33. № 22. P. 2300319. https://doi.org/10.1002/adfm.202300319
  16. Yаng L., Qіn Z., Pаn H. et al. // Int. J. Elеctrochem. Sсi. 2017. V. 12. № 11. P. 10946. https://doi.org/10.20964/2017.11.67
  17. Nascimento E.P., Firmino H.C.T., Neves G.A., Menezes R.R. // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 6. P. 7405. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.12.123
  18. Sun C., Yang J., Xu M. et al. // Chem. Eng. J. 2022. V. 427. Р. 131564. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131564
  19. Nоmura K. // Crоat. Chеm. Actа. 2015. V. 88. № 4. P. 579. https://doi.org/10.5562/cca2784
  20. Kemelbekova A., Dmitrieva E.A., Lebedev I.A. et al. // Phys. Sci. Techn. 2022. V. 9. Р. 1. https://doi.org/0.26577/phst.2022.v9.i1.05
  21. Guljaev A.M., Sarach O.B., Slepneva M.A. et al. // J. Surf. Inv. 2023. V. 17. P. s333. https://doi.org/10.1134/S1027451023070170
  22. Kwok C.K.G., Wang Y., Shu X., Yu K.M. // Appl. Surf. Sci. 2023. V. 627. Р. 157295. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.157295
  23. Soussi A., Haounati R., Aithssi A. et al. // Phys. B: Condens. Matter. 2024. V. 690. Р. 416242. https://doi.org/10.1016/j.physb.2024.416242
  24. Haddad N., Mahdhi H., Ben Ayadi Z. // Phys. B: Condens. Matter. 2024. V. 684. Р. 415948. https://doi.org/10.1016/j.physb.2024.415948
  25. Ibraimova S.A., Dmitriyeva E.A., Lebedev I.A. et al. // Eurasian Chem.-Technol. J. 2019. V. 21. P. 13. https://doi.org/10.18321/ectj781
  26. Moshnikov V.A., Gracheva I.E., Kuznezov V.V. et al. // J. Non-Cryst. Solids. 2010. V. 356. P. 37. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2010.06.030
  27. Халипова О.С., Кузнецова С.А. // Журн. неорган. химии. 2013. Т. 58. № 8. С. 1005. https://doi.org/10.7868/S0044457X13080138
  28. Суйковская Н.В. Химические методы получения тонких прозрачных пленок. Л.: Химия, 1971. 200 с.
  29. Hind P.A., Kumar P., Goutam U.K., Rajendra B.V. // Opt. Mater. 2024. V. 153. Р. 115579. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2024.115579
  30. Kumar Y., Sharma A.H., Srinivas R.G., Nagaiah K. // Physicа B: Condens. Matter. 2024. V. 683. Р. 415881. https://doi.org/10.1016/j.physb.2024.415881
  31. Мошников В.A., Грачева И.Е., Aньчков М.Г. // Физика и химия стекла. 2011. Т. 37. № 5.
  32. Murzalinov D., Dmitriyeva E., Lebedev I. et al. // Processes. 2022. V. 10. Р. 1116. https://doi.org/10.3390/pr10061116
  33. Dmitriyeva E., Lebedev I., Bondar E. et al. // Coatings. 2023. V. 13. № 12. P. 1990. https://doi.org/10.3390/coatings13121990
  34. Dmitriyeva E.A., Lebedev I.A., Bondar E.A. et al. // Eurasian Chem.-Technol. J. 2023. V. 25. P. 211. https://doi.org/10.18321/ectj1543
  35. Brinker C.J., Scherer G.W. Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing. Boston: Academic Press, 1990. 908 p.
  36. Третьяков Ю.Д., Мартыненко Л.И., Григорьев А.Н., Цивадзе А.Ю. Неорганическая химия. Химия элементов. Т. 2. М.: Изд-во МГУ; ИКЦ “Академкнига”, 2007. 670 с.
  37. Lebedev I., Dmitriyeva E.A., Bondar E. et al. // Fluct. Noise Lett. 2022. V. 21. № 2. P. 2250016. https://doi.org/10.1142/S021947752250016X
  38. Электронный ресурс. Научно-образовательный портал “Большая российская энциклопедия”. https://bigenc.ru. Дата обращения 30.07.2024 г.
  39. Шилова О.А. // Физика и химия стекла. 2005. Т. 31. № 2. P. 201.
  40. Shilova O.A. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2020. V. 9. P. 599. https://doi.org/10.1007/s10971-020-05279-y
  41. Рогов С.В. Исследование взаимодействия хлорного олова с этанолом. Автореф. дис. … канд. хим. наук. Л.: ЛГПИ им. А.И. Герцена, 1955. 12 с.
  42. Румянцева Т.А., Базанов М.И., Галанин Н.Е. // Журн. общ. химии. 2023. Т. 93. № 7. С. 1124. https://doi.org/10.31857/S0044460X2307017X
  43. Смолянинов И.В., Бурмистрова Д.А., Поморцева Н.П. и др. // Коорд. химия. 2023. Т. 49. № 3. С. 138. https://doi.org/10.31857/S0132344X22600266
  44. Клюев М.Б., Хидекель М.Л. // Успехи химии. 1980. Т. 49. С. 1.
  45. Filippatos P.P., Sharma R., Soultati A. et al. // Sci. Rep. 2023. V. 13. № 1. P. 2524. https://doi.org/10.1038/s41598-023-29312-6
  46. Kоnan F.K., Hаrtiti B., Bаtan A., Akа B. // e-J. Surf. Sci. Nаnotechnol. 2019. V. 17. P. 163. https://doi.org/10.1380/ejssnt.2019.163

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Surface morphology of films obtained from film-forming sol-gel systems SnCl4/EtOH/H2O (a) and SnCl4/EtOH/H2O/NH4OH (b-e) with calculated NH4+/Sn4+ ratio (wt%) = 0.1 (b); 0.2 (c); 0.45 (d); 0.9 (e); 1.8 (f). The insets (c-e) show the surface fragments of the films at higher magnification.

Download (57KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Distribution of Sn, N, Cl elements in the structure of thin films obtained from the film-forming sol-gel system SnCl4/EtOH/H2O without the addition of ammonium hydroxide (a) and from the sol-gel systems SnCl4/EtOH/H2O/NH4OH with the addition of ammonium hydroxide at different NH4 +/Sn4+ ratios: 0.2 (c); 0.45 (d); 0.9 (e); 1.8 (f).

Download (221KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. X-ray crystalline structure of the film obtained from the film-forming system SnCl4/EtOH/H2O/NH4OH at mass ratio NH4+/Sn4+ = 1.8 (a); b - enlarged fragment. Signals from crystallographic surfaces of SnO2 and NH4Cl are marked.

Download (37KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Transmission spectra of a glass substrate (0) and films deposited on this substrate by centrifugation from sols based on aqueous-alcoholic solution of SnCl4 - 5H2O without addition of ammonium hydroxide (a) and with addition of ammonium hydroxide at different NH4+/Sn4+ ratios: 0.2 (c); 0.45 (d); 0.9 (e); 1.8 (f).

Download (14KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».