Effect of Annealing Conditions on the Formation of a Nanocrystalline Phase in TiO  x   Films

A. V. Nezhdanov; Нежданов А. В.; M. Baratta; Baratta M.; G. De Filpo; De Filpo G.; A. S. Markelov; Маркелов А. С.; A. I. Andrianov; Андрианов А. И.; D. A. Pavlov; Павлов Д. А.; A. V. Ershov; Ершов А. В.; A. A. Skrylev; Скрылев А. А.; L. M. Vinogradova; Виноградова Л. М.; D. V. Shestakov; Шестаков Д. В.; A. O. Zhukov; Жуков А. О.; A. I. Mashin; Машин А. И.

doi:10.31857/S1028096023100163

Effect of Annealing Conditions on the Formation of a Nanocrystalline Phase in TiO_x Films

Authors: Nezhdanov A.V.¹, Baratta M.², De Filpo G.², Markelov A.S.¹, Andrianov A.I.¹, Pavlov D.A.¹, Ershov A.V.¹, Skrylev A.A.¹, Vinogradova L.M.¹, Shestakov D.V.¹, Zhukov A.O.¹, Mashin A.I.¹
Affiliations:
1. National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod
2. Dipartimento di Chimica e Tecnologie Chimiche (CTC), Università della Calabria
Issue: No 10 (2023)
Pages: 41-46
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/1028-0960/article/view/141025
DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096023100163
EDN: https://elibrary.ru/TLETVY
ID: 141025

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract

Annealing of amorphous TiO_x films obtained by electron-beam evaporation under atmospheric conditions at temperatures from 300 to 400°C is found to lead to the formation of an anatase crystalline phase. According to Raman spectroscopy data, the increase in the fraction of the the crystalline phase stops at an annealing temperature above 350°C. According to the results of X-ray phase analysis, the average crystallite diameter is about 23 nm. Electron microscopy studies have shown that, upon annealing, the near-surface layer (15 nm thick) crystallizes in the films, and TiO₂ nanocrystals with sizes from 4 to 10 nm are formed in the bulk. As the depth increases, the number of nanocrystals decreases.

Keywords

titanium dioxide, thin films, anatase, nanocrystals, electron beam evaporation, thermal annealing, Raman scattering, X-ray phase analysis, transmission electron microscopy.

References

Lim J.-H., Bae D., Fong A. // J. Agric. Food Chem. 2018. V. 66. Iss. 51. P. 13533. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.8b06571
Moreno V., Zougagh M., Ríos A. // Anal. Chim. Acta. 2019. V. 1050. Iss. 7. P. 169. https://doi.org/10.1016/j.aca.2018.10.067
Modestov A.D., Lev O. // J. Photochem. Photobiol. A. 1998. V. 112. Iss. 2–3. P. 261. https://doi.org/10.1016/s1010-6030(97)00269-4
Movchan B.A. // J. Mater. 1996. V. 48. P. 40. https://doi.org/10.1007/BF03223243
Singh J. // ASM J. 1996. V. 12. P. 27.
Halan W.K., Lee D. // High-Temperature Protective Coatings / Ed. Singhal S.C. Warrendale: Metallurgical Society of AIME, 1983. P. 3.
Saravanan R., Gracia F., Stephen A. // Nanocomposites for Visible Light-induced Photocatalysis. Springer, 2017. P. 19. https://doi.org/10.1007/978-3-319-62446-4_2
Wang W., Gu B., Liang L., Hamilton W.A., Wesolowski D.J. // J. Phys. Chem. B. 2004. V. 108. Iss. 39. P. 14789. https://doi.org/10.1021/jp0470952
Лебедев В.А. Методы повышения фотокаталитической активности TiO2 и нанокомпозитов на его основе: дис. … канд. хим. наук: 02.00.21. М.: МГУ, 2017. 123 с.
Cacciato G., Zimbone M., Ruffino F., Grimaldi M.G. // Green Nanotechnology – Overview and Further Prospects. InTech, 2016. Ch. 4. P. 87. https://doi.org/10.5772/62620
Baranowska-Wójcik E., Szwajgier D., Oleszczuk P., Winiarska-Mieczan A. // Biol. Trace Elem. Res. 2019. V. 193. P. 118. https://doi.org/10.1007/s12011-019-01706-6
Кожевникова Н.С., Ульянова Е.С., Шалаева Е.В., Замятин Д.А., Бокуняева А.О., Юшков А.А., Колосов В.Ю., Булдакова Л.Ю., Янченко М.Ю., Горбунова Т.И., Первова М.Г., Еняшин А.Н., Ворох А.С. // Кинетика и катализ. 2019. Т. 60. № 3. С. 346. https://doi.org/10.1134/S0453881119030080
Chen X., Mao S.S. // Chem. Rev. 2007. V. 107. № 7. P. 2891. https://doi.org/10.1021/cr0500535
Дунюшкина Л.А. Введение в методы получения пленочных электролитов для твердооксидных топливных элементов. Екатеринбург: Институт высокотемпературной электрохимии УРО РАН, 2015. 126 с.
Шымырбек С.Г. Получение и свойства тонкопленочных материалов на основе TiO2–MexOy, где Me – Cu, Zn, Ni золь–гель методом: дис. ... маг. хим. наук: 04.04.01. Томск, 2018. 68 с.
Золотухин Д.Б., Бурдовицин В.А., Тюньков А.В., Юшков Ю.Г., Окс Е.М., Голосов Д.А., Завадский С.М. // Успехи прикладной физики. 2017. № 5. С. 442.
Niilisk A., Moppel M., Pars M., Sildos I., Jantson T., Avarmaa T., Jaaniso R., Aarik J. // Cent. Eur. J. Phys. 2006. V. 4. № 1. P. 105. https://doi.org/10.1007/s11534-005-0009-3
Lin C.-P., Chen H., Nakaruk A., Koshy P., Sorrell C.C. // En. Proc. 2013. V. 34. P. 627. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.06.794
Hardcastle F.D. // J. Arkansas Acad. Sci. 2011. V. 65. P. 43.https://doi.org/10.54119/jaas.2011.6504
Nikodemski S., Dameron A.A., Perkins J.D., O’Hayre R.P., Ginley D.S., Berry J.J. // Sci. Rep. 2016. V. 6. P. 32830. https://doi.org/10.1038/srep32830
Balachandran U., Eror N.G. // J. Solid State Chem. 1982. V. 42. P. 276. https://doi.org/10.1016/0022-4596(82)90006-8
Mamedov S. // Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 2015. V. 1806. P. 1. https://doi.org/10.1557/opl.2015.377
Iliev M.N., Hadjiev V.G., Litvinchuk A.P. // Vib. Spectrosc. 2013. V. 64. P. 148. https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2012.08.003
Swamy V., Muddle M.C., Dai Q. // App. Phys. Lett. 2006. V. 89. P. 163118. https://doi.org/10.1063/1.2364123
Zhu K.-R., Zhang M.-S., Chen Q., Yin Z. // Phys. Lett. A. 2005. V. 340. P. 220. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2005.04.008
Li P.G., Lei M., Tang W.H. // Mater. Lett. 2010. V. 64. P. 161. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2009.10.032
Wei X., Zhu G., Fang J., Chen J. // Int. J. Photoenergy. 2013. V. 18. P. 1. https://doi.org/10.1155/2013/726872
Кузьмичева Г.М. // Тонкие химические технологии. 2015. Т. 10. № 6. С. 5.
Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2007. 416 с.
Mahmoud H.A., Narasimharao K., Ali T.T., Khalil K.M.S. // Nanoscale Res. Lett. 2018. V. 13. P. 48. https://doi.org/10.1186/s11671-018-2465-x