Досліджено спектри електронів, дірок, екситонів і фононів у простих і складних сферичних квантових точках, а також електрон- і екситон-фононній взаємодії у зазначених наносистемах. Розвинуто теорію та виконано розрахунки спектрів і хвильових функцій квазічастинок у багатошарових сферичних квантових точках і сферичних періодичних наноструктурах. Висвітлено особливості локалізації квазічастинок у них. На підставі прикладу циліндричної квантової точки зі скінченною висотою потенціального бар'єра на межі поділу середовищ запропоновано метод наближеного розрахунку спектрів електронів і дірок у квантових точках несферичної симетрії. Розраховано зонні характеристики для надгратки сферичних квантових точок. У рамках моделі діелектричного континууму розвинуто теорію та розраховано енергії обмежених і інтерфейсних фононів у складних сферичних квантових точках. На основі методу функцій Гріна розраховано перенормування енергій основних етапів електрона та дірки взаємодією з фононами з повним врахуванням конфігураційної взаємодії. Розвинуто теорію квазістаціонарних резонансних станів електронів і дірок у "відкритих" сферичних та циліндричних наносистемах. Розраховано залежності часів життя квазістаціонарних резонансних станів від розмірів квантових ям, ширини потенціальних бар'єрів та величини поздовжнього квазіімпульсу для "відкритих" квантових дротів.

  Скачати повний текст

Розроблено експериментальні зразки низькотемпературних масивних і нанесених каталізаторів реакції глибокого окиснення метану на основі оксиду алюмінію та діоксиду цирконію з оптимальним поєднанням структурно-розмірних, окисно-відновних і кислотних характеристик. Запропоновано новий спосіб виготовлення нанесених нанорозмірних каталізаторів за нерівноважних умов, використання якого забезпечує високу активність та термостабільність алюмомарганцевих каталізаторів. З'ясовано механізм дії розмірного фактора на швидкість реакції глибокого окиснення метану, що полягає у збільшенні питомої каталітичної активності феритів кобальту та нікелю у разі зменшення розміру їх часток. Показано, що серед нанесених феритних і кобальтцирконієвих наносистем найбільш активний низькотемпературний каталізатор характеризується більшою кількістю та реакційною здатністю кисню, а також наявністю сильних кислотних центрів на його поверхні.

  Скачати повний текст

Розглянуто наносистеми, в кожній з яких наявність нанопараметру робить свій нетривіальний вплив на електродинамічні процеси. Вивчено новий транспортний ефект квантових осциляцій кондактанса графенової наноплівки з потенціальним бар'єром, які виникають під час змінювання величини прикладеного електростатичного потенціалу. Проаналізовано незвичний ефект гістерезисної поведінки фази електромагнітної хвилі, відбитої від поверхні пластини шаруватого надпровідника, в залежності від амплітуди падаючої хвилі. Розроблено метод синтезу наносистем з керованими дифракційними характеристиками.

  Скачати повний текст

У моделі прямокутних потенціальних бар'єрів та наближенні ефективних мас квазічастинок побудовано теорію енергетичних спектрів електрона та дірки в складних еліптичних квантових дротах з радіальною гетероструктурою. Доведено, що дані спектри складаються з енергетичних підзон, які відповідають парним і непарним станам квазічастинок. Виявлено, що енергії електрона та дірки в даних станах мають різну залежність від величини еліптичності наносистем. На базі хвильових функцій електрона в еліптичній нанотрубці встановлено правила відбору та одержано залежності сил осциляторів міжпідзонних квантових переходів електрона у дипольному наближенні від величини еліптичності наногетеросистеми. Розроблено теорію енергетичних спектрів електрона та дірки у складних еліптичних квантових дротах з аксіальною гетероструктурою. З'ясовано, що період існування квазістаціонарних станів електрона у відкритій квантовій точці вздовж еліптичного квантового дроту та ефективні маси квазічастинки в енергетичних підзонах у надгратці вздовж еліптичного квантового дроту мають немонотонні залежності від еліптичності квантового дроту. У межах моделі діелектричного континууму удосконалено теорію енергетичного спектра інтерфейсних і обмежених оптичних фононів у еліптичному квантовому дроті та еліптичній нанотрубці. Показано, що енергії інтерфейсних поляризаційних коливань та потенціали поляризації інтерфейсних та обмежених фононів залежать від геометричних розмірів і величини еліптичності наносистем.

  Скачати повний текст

Встановлено взаємозв'язок між особливостями внутрішньої структури феромагнітних і сегнетоелектричних наносистем (доменні стінки (ДС) у феромагнітних і сегнетоелектричних (СЕ) плівках, феромагнітних кластерах) та їх магнітними й електричними властивостями. Побудовано формальні методи дослідження магнітних властивостей феромагнітних кластерів, які дозволяють за наявними атомним магнітним моментом і відповідною атомною структурою кластеру, знаходити вісі легкого намагнічування, обчислювати енергію магнітної анізотропії, моделювати процес технічного намагнічування кластерів різної атомної будови та розмірів. Вивчено процес релаксації (термоактивованої та квантової) магнітних моментів феромагнітних наночастинок з урахуванням їх атомної будови. Виявлено, що час релаксації магнітних моментів, швидкість їх магнітних квантових флуктуацій і температура кросоверу зазнають "стрибок" у разі переходу між частинками з різними типами симетрії їх просторових атомних структур. Для кластерів Ni визначено області спостереження феро- та суперпарамагнітних станів. Вивчено вплив поля деполяризації, обумовлений поверхнею плівки СЕ, що містить ДС, на поведінку вектора поляризації у ДС. Встановлено, що дія цього поля на решітку СЕ обумовлює появу компоненти вектора поляризації ДС, нормальної до площини стінки, величина якої максимальна поблизу поверхні плівки СЕ. Показано, що врахування цього субструктурного наноутворення ДС збільшує ефективну масу ДС і призводить до "зсуву" частоти власних коливань ДС. Розглянуто динамічні властивості ДС зі складною внутрішньою структурою, що характеризується наявністю субструктурних наноутворень - вертикальних блохівських ліній (БЛ) і блохівських точок (БТ) у магнітних плівках з сильною, перпендикулярною площині плівки магнітною анізотропією. Показано можливість формування шляхом резонансного збудження коливань БЛ зовнішнім змінним магнітним полем на частоті поля, що дорівнює власній частоті коливань БЛ, у ДС домену нових субструктурних наноутворень у вигляді вертикальних БЛ. Доведено, що наявність у ДС БТ протидіє нестійкості структури ДС відносно утворення в неї нових БЛ. Обгрунтовано можливість квантового тунелювання субструктурних наноутворень ДС - вертикальної БЛ і БТ через дефект у ДС циліндричного магнітного домену. Виявлено, що температура переходу до квантового режиму руху БЛ та ймовірність тунелювання БЛ визначаються спектром коливань домену. Встановлено, що процес тунелювання БТ на відміну від тунелювання ДС і БЛ, відбувається шляхом "переносу" через потенціальний бар'єр відразу всієї ефективної маси квазічастинки. Виявлено, що значення температури кросоверу БЛ і БТ знаходяться в одному (субгелієвому) діапазоні температур з температурою ДС, яка здійснює тунелювання через дефект домену. Досліджено вплив процесу дисипацї на тунелювання БЛ і БТ, обгрунтовано умови, за яких дефектом дисипації на тунелювання даних наноутворень можна знехтувати.

  Скачати повний текст

Як модифікатори використано поверхневоактивні речовини (ПАР): октадецилбензилдиметиламоній хлорид і диоктадецилдиметиламоній хлорид. Для з'ясування характеристик композитів, що обумовлюють їх електрооптичні властивості, вивчено особливості структуроутворення за допомогою методів рентгеноструктурного аналізу, диференційної скануючої калориметрії, поляризаційної й атомно-силової мікроскопії та міжмолекулярні взаємодії у композитах (ІЧ-спектроскопія). Встановлено залежності оптичних властивостей від хімічної природи поверхні наночастинок. Виявлено два типи пакування поверхневоактивних речовин (ПАР) у галереях ММТ. Обгрунтовано можливість зміни температури фазового переходу від концентрації наночастинок. Методом ІЧ-спектроскопії вивчено характер і ступінь міжмолекулярних взаємодій у наносистемах 5СВ з наночастинками органоглин. Встановлено, що у композитах хімічні реакції не відбуваються, утворення водневих і координаційних зв'язків не зафіксовано. З'ясовано, що усі взаємодії відбуваються за рахунок ван-дер-ваальсівських сил. Виявлено, що у композитах має місце взаємний вплив компонентів на межі розділу фаз, що проявляється в упорядкуванні приповерхневих шарів органічних і неорганічних складових гетеросистем. Доведено, що у нанокомпозитах з наночастинками органоглини, модифікованої октадецилбензилдіметиламоній хлоридом, сила взаємодії більша завдяки наявності у молекулах ПАР бензольного кільця. Встановлено, що для даного типу гетеросистем хімічна природа поверхні алюмосилікатів впливає на ступінь взаємодії їх з молекулами рідкого кристала 5СВ, яка визначає структуроутворення й електрооптичні властивості композитів.

  Скачати повний текст

Досліджено закономірності процесів формування нанорозмірних композитів систем терморозширений графіт - кластери кольорових металів. Вивчено значення методу одержання терморозширеного графіту стосовно будови його поверхні та морфологію частинок. Визначено поведінку тривимірних електродів з терморозширеного графіту в низькоконцентрованих водних розчинах солей міді та нікелю та наведено показники процесу електролітичного вилучення іонів цих металів з промивних вод гальванічних виробництв. Запропоновано новий метод одержання нанокомпозитів системи вуглець - вуглець типу терморозширений графіт - вуглецеві нанотрубки та випробувано ці матеріали як електроди в електрохімічних конденсаторах. З використанням одержаних результатів розроблено технологічні схеми вилучення кольорових металів з небезпечних для навколишнього середовища відходів виробництва.

  Скачати повний текст

Вивчено закономірності структуроутворення шарів металів за квазірівноважних стаціонарних умов на прикладі Cu та Al залежно від таких основних технологічних параметрів процесу конденсації, як час, тиск робочого газу та потужність розряду. Досліджено вплив структурної та польової селективностей на структуру та фізичні властивості конденсатів. Проаналізовано фізичні процеси за роботи нагромаджувальних іонно-плазмових систем та їх вплив на структуроутворення. Розроблено математичну модель, яка описує самоорганізацію квазірівноважних умов конденсації. З використанням квазірівноважної конденсації вивчено механізм структуроутворення надпоруватих мікро- та наносистем Al і Cu залежно від впливу польової та структурної селективностей.

  Скачати повний текст

Вивчено закономірності та з'ясовано механізми фотофізичних процесів, що відбуваються у молекулярних системах за участі триплетних станів. Проведено вимірювання у широкому температурному інтервалі спектрів (у тому числі розділених у часі) та кінетики загасання фосфоресценції, затриманої флуоресценції, спектрів комбінаційного розсіяння та інфрачервоного поглинання, термограм, одержаних за методом диференційної скануючої калориметрії, а також акустичних характеристик бензофенону, нафталіну та домішкових систем на їх основі. Визначено властивості триплетних екситонів у різних кристалічних модифікаціях зазначених систем. Уперше серед молекулярних кристалів виявлено екситонну фосфоресценцію кристалічного бензофенону. Проведено порівняльний аналіз властивостей триплексних екситонів в об'ємному бензофеноні та його тонких плівках і показано, що в останіх за певних умов ефективно гасяться триплетні збудження. Установлено, що основним елементом структури склоподібного бензофенону є кластерні фрагменти нанорозмірного масштабу. З'ясовано природу структурних дефектів і механізм спін-граткової релаксації у домішковому триплетному стані кристалічного нафталіну. Показано, що для структури наносистем на основі бензофенон - полідисперсний діоксид титану має місце співвіснування аморфної та кристалічної фаз бензофенону. У процесах переносу та релаксації енергії електронного збудження суттєву роль відіграє термічна делокалізація триплетних збуджень у зону триплетних екситонів матриці.

  Скачати повний текст

Наведено результати теоретичного дослідження стаціонарних і квазістаціонарних станів квазічастинок у складних комбінованих закритих і відкритих наносистемах аксіальної симетрії. Досліджено залежність екситонного спектра від геометричних параметрів надгратки циліндричних напівпровідникових квантових точок. Побудовано послідовну теорію енергетичного спектра та хвильових функцій електрона й екситона у масиві шестигранних напівпровідникових нанотрубок. Встановлено теорію енергетичного спектра електрона, дірки й екситона у закритих циліндричних наносистемах зі складною просторовою структурою: циліндричний квантовий дріт з двома квантовими точками та циліндрична квантова точка, яка утворюється перетином квантового дроту та квантової плівки. Визначено властивості резонансних енергій та ширин квазістаціонарних станів електрона у простій відкритій циліндричній квантовій точці у квантовому дроті.

  Скачати повний текст

Розроблено теорію спектрів та хвильових функцій на базі методу S-матриці електрона, дірки та екситону у сферичних відкритих наногетеросистемах, уміщених у середовище за різних значень орбітального квантового числа l. Відзначено, що головною особливістю відкритих наносистем є наявність того факту, що за нескінченних розмірів зовнішнього шару-бар'єру спектр квазічастинок в області енергій розташованих вище потенціального бар'єру перестає бути неперервним (як у гомогенних системах) і набуває дискретного характеру. З застосуванням модифікованого варіаційного методу Бете знайдено екситонний спектр і хвильові функції у аналітичному вигляді для закритої сферичної квантової точки у середовищі. Відзначено, що розроблений метод може бути адаптований для розрахунку енергій і часів життя екситонних збуджень у відкритих сферичних наногетеросистемах.

  Скачати повний текст

Установлено, що основними активними центрами поверхні анатазу є центри типу Бренстеда та Льюїса, тоді як на поверхні рутилу присутні тільки льюїсівські. Проаналізовано гідратне покриття поверхні даних частинок.

  Скачати повний текст

Уперше побудовано теорію електронного та екситонного спектрів у складному закритому циліндричному квантовому дроті (ЦКД) з двома квантовими точками (КТ). Розроблено теорію енергетичного спектра електрона й екситона в масиві шестигранних напівпровідникових нанотрубок з урахуванням електрона та екситон-фононної взаємодій. Установлено, що у масиві ШНТ InP/InAs/InP положення у шкалі енергій і величини інтенсивностей експериментальних піків люмінесценції добре узгоджуються з теоретично розрахованими. Показано, що стаціонарний спектр електрона у триямній закритій циліндричній Кт у КД внаслідок перерозподілу ймовірностей знаходження квазічастинки у різних станах, за збільшення розмірів зовнішніх ям до фізичної безмежності асимптотично переходить у квазістаціонарний спектр відкритої циліндричної КТ у КД. За цього дискретні смуги стаціонарних станів електрона у складній закритій ЦКТ за безмежного збільшення розмірів її зовнішніх ям перетворюються у неперервні квазістаціонарні смуги електронних КСС відповідної простої відкритої ЦКТ. Знайдено енергію зв'язку екситона у простій відкритій ЦКТ у КД і показано, що застосований підхід цілком придатний для розрахунку перенормування квазістаціонарного спектра електронів і екситонів квантованими полями у відкритих наносистемах.

  Скачати повний текст

Дисертація присвячена теоретичному та експериментальному вивченню ближньопольової взаємодії у наносистемах, що складаються з різних наночастинок та поверхонь, в тому числі наноструктурованих. Метою дисертаційної роботи є розробка зручних для практичного використання та реалістичних моделей взаємодії між наночастинками та наноструктурованими поверхнями для обчислення потенціалу адсорбції та розподілу локального поля у системі. У роботі проведено огляд та аналіз інформації з літературних джерел, пов'язаної з механізмом формування взаємодій в нанорозмірних системах, існуючими підходами до їх описання та методів, що лежать в основі існуючих моделей. Вперше запропоновано прості теоретичні моделі для аналізу ближньопольової взаємодії між двома наночастинками, наночастинками та поверхнею, які враховують нелінійну поляризовність, форму, розміри, матеріал та структуру об'єктів та дозволяють отримати реалістичні результати. Застосування запропонованої моделі до системи двох наночастинок дозволяє отримати потенціал адсорбції в системі у вигляді потенціалу Лєннарда-Джонса, а порівняння результатів обчислень з результатами попередніх робіт свідчить про реалістичність результатів моделювання та їх якісне співпадіння. Робота містить детальний опис основних положень, припущень та спрощень, використаних при побудові моделі. Показано, що врахування наявності оболонки наночастинок є важливим при вивченні нанорозмірних систем. Показано, що моделювання взаємодії у складних нанорозмірних системах, що складаються з більш ніж двох наночастинок чи містять у собі наноструктуровану поверхню, можуть бути значно спрощені з урахуванням того факту, що ближньопольова взаємодія є суттєвою лише за невеликих відстаней між об'єктами. Запропоновано умову малості взаємодії між нанооб'єктами, застосування якої дозволяє спростити теоретичне моделювання багаточастинкових систем. Показано, що запропоновані в роботі моделі дозволяють пояснити та передбачити результати багатьох експериментів, у тому числі за участі біологічних об'єктів.^UThe work is devoted to theoretical and experimental study of the near-field interaction in nanosystem consisted of various nanoparticles and surfaces included nanostructured ones. The goal of the work is development of convenient for practical use and realistic models of interaction between the nanoparticles and nanostructured surfaces for calculation of the adsorption potential and local field distribution in the system. The review and analysis of existed information on mechanism of formation of the interactions in the nano-sized systems, existed approaches to their description and the methods underlying the existing models have been performed. The simple theoretical models for analysis of the near-field interaction between two nanoparticles, the nanoparticle and the surface, which take into account the nonlinear polarizability, shape, size, material and structure of the objects and allow obtaining realistic results have been proposed. The work consists of detailed description of the main parameters, assumptions and simplifications used in the model. It has been shown that taking into account the nanoparticle shell is important in the study of nanoscale systems. It has been demonstrated that description of the interactions in nanosystems of more than two nanoparticles and in systems with the nanostructured surfaces can be simplified. It is possible as the near-field interaction is significant only at short distances between the objects. It has been shown that based on the available experimental data and theoretical calculations of this work, a condition for the smallness of the interaction between the nanoobjects can be proposed. The application of the condition makes it possible to simplify the theoretical modeling of multiparticle systems. The proposed condition was verified by the experimental results available in the literature. It has been shown that from the physical point of view, the virus can be described as a nanoparticle, and the ideas of near-field interaction can explain the antiviral effect of nanoparticles and nanostructured surfaces. It has also been shown that the proposed models allow explaining and predicting the results of many experiments

У дисертаційній роботі проведено широкий цикл теоретичних досліджень низькочастотних (магнітних спін-хвильових) та високочастотних (оптичних) властивостей наносистем оболонкового типу. Продемонстровано як сам факт суттєвого впливу форми таких наносистем на їх магнітні та оптичні характеристики, так і ключові фізичні особливості такого впливу. Останні систематично вивчено на численних прикладах оболонкових наносистем різних конфігурацій. Зокрема, у випадку низьких частот це зроблено для процесів збудження та поширення спінових хвиль, у тому числі в наносистемах зі спін-поляризованим струмом. У випадку високих частот особливості впливу вище вказаного фактора геометричної форми наносистеми на характер протікання у ній фізичних процесів продемонстровано на прикладах процесу одноелектронного поглинання світла в різних металевих наносистемах оболонкового типу з порушеною симетрією. В ході досліджень встановлено закономірності у магнітних спін-хвильових, магнітних статичних та оптичних властивостях наносистем оболонкового типу широкого спектру конфігурацій, а також магнітних спін-хвильових та магнітних статичних властивостях ряду антиферомагнітних систем.^UIn the thesis, a broad series of theoretical studies of low-frequency (magnetic spin-wave) and high-frequency (optical) properties of shell-type nanosystems is conducted. The fact of the significant influence of the shape of such nanosystems on their magnetic and optical properties is demonstrated; the key physical features of such effects are shown. The latter are systematically investigated on numerous examples of shell-type nanosystems with different configurations. In particular, for the low-frequency case it is done for the processes of excitation and propagation of spin waves in different nanosystems, including nanosystems with spin-polarized current. For the high-frequency case, the features of the influence of the above-mentioned factor of the nanosystem geometrical shape on the flow of physical processes in it is demonstrated on the example of the one-electron light absorption process in different metallic shell-type nanosystems with a broken symmetry. During the investigation, regularities in the magnetic spin-wave, static magnetic and optical properties of shell-type nanosystems of a wide variety of configurations are found.

Дисертація присвячена синтезу незворотньою поліконденсацією за реакцією Стегліха амфіфільних кополіестерів на основі природних амінокислот, поліетердіолів і флуоресцеїну та дослідженню їх структури, колоїдно-хімічних та біохімічних властивостей. Вперше проведені комплексні дослідження поверхневої активності отриманих флуоресцеїнвмісних кополіестерів у водних середовищах, розмірів частинок і стабільності їх дисперсій в залежності від природи мономерних ланок, їх співвідношення та вмісту флуоресцеїну у кополіестері. Встановлено, що синтезовані кополіестери здатні в рівній мірі розподілятися між водною і ліпідною фазами, що є однією з основних характеристик носія для систем доставки ліків. Досліджено агрегативну стійкість водних дисперсій, сорбцію частинками дисперсної фази бичачого сироваткового альбуміну, закономірності гідролітичного деградування кополіестерів та їх комплексів з альбуміном та встановлено залежності цих параметрів від складу та структури кополіестерів. Оцінено здатність амфіфільних кополіестерів до проникнення в живі клітини і можливість контролю за цим процесом, використовуючи ефект люмінісценції флуоресцеїну. Вивчення впливів флуоресцеїнвмісних кополіестерів на функціональний та структурний стан органів лабораторних тварин дозволило зробити висновок про їх безпечність для організму та можливість використання, як самостійних біохімічних маркерів, так і в складі наносистем транспорту ліків для їх маркування та дослідження властивостей.^UThe dissertation is devoted to the synthesis of amphiphilic copolyesters by irreversible polycondensation method, using Steglich reaction, based on natural amino acids, polyether diols and fluorescein and study of their structure, chemical-colloid and biochemical properties.Complex studies of surface activity of fluorescein-containing copolyesters in aqueous media, particle size and stability of their dispersions, depending on the nature of monomers, their ratio and content of the fluorescein in the copolyester were performed for the first time. It has been established that synthesized copolyesters are able to equally distribute between water and lipid phases, which is one of the main characteristics of the carriers for drug delivery systems. The aggregate stability of aqueous dispersions, sorption by particles of the disperse phase of albumin of bovine serum, patterns of hydrolytic degradation of copolyesters and their complexes with albumin and influence of these parameters on the composition and structure of copolyester were determined.Evaluated the ability of amphiphilic copolyesters to penetrate into living cells and the possibility to control this process, using the luminescence effect of fluorescein. The study of the effects of fluorescein-containing copolyesters on the functional and structural conditions of organs of laboratory animals made it possible to conclude that they are safe for the organism and can be used as independent biochemical markers, as well as in the drug delivery nanosystems for marking them and studying their properties.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню науково-прикладної проблеми – встановленню закономірностей фото-, термо- та адсорбційно-стимульованих електронних процесів у наносистемах на основі кремнію. Досліджено структурні та фрактальні характеристики кремнієвих наносистем, їх молекулярну структуру. Встановлено механізми впливу радіаційного опромінення ізотопом 226Ra на фотолюмінесцентні та електричні властивості поруватого кремнію і плівкових нанокомпозитів на його основі. Вивчено вплив орієнтації нанокристалів кремнію на оптико-люмінесцентні властивості системи кремнієвих наноструктур у епоксидній матриці. Продемонстровано можливість керування спектром багатосмугової фотоемісії структур поруватий кремній/ZnO шляхом зміни енергії квантів збудження. Вивчено особливості ефекту поля у поруватих напівпровідниках з циліндричною формою пор. Встановлено, що поверхневий потенціал і дебаєвська довжина екранування зменшуються зі збільшенням кривизни поверхні. Показано, що перерозподіл носіїв заряду може спричинити інверсію типу провідності, глибина якої залежить від густини поверхневого заряду та радіуса пор. Зареєстровано утворення фоточутливих електричних бар'єрів у структурах на основі поруватого кремнію внаслідок адсорбційного легування поруватого шару. Виявлено підвищення електропровідності та фотоерс, а також розширення спектральної фоточутливості структур внаслідок осадження електропровідних полімерів і наночастинок металів, графену та ZnO. Досліджено процеси перенесення та релаксації заряду у фрактальних структурах поруватого кремнію і наносистемах на його основі. Виявлено стрибкоподібний механізм перенесення заряду через систему локалізованих станів поблизу рівня Фермі у температурному діапазоні 12–120 К і актива-ційний механізм провідності у діапазоні 120–300 К. Визначено енергію акти-вації провідності неорганічних та органічно-неорганічних кремнієвих нано-систем. На основі температурних залежностей струму деполяризації визначено енергетичний розподіл густини заповнення локалізованих станів та іденти¬фіковано природу електрично активних дефектів. Вивчено сенсорні властивості наносистем на основі поруватого кремнію. Проаналізовано концентраційні залежності адсорбційної чутливості та визна-чено часові характеристики сенсорних елементів. Продемонстровано можли-вість ідентифікації газу і визначення його концентрації на основі аналізу сукупного відклику імпедансу елементів мультисенсорної системи.^UDissertation addresses scientific and applied problem related to the study of regularities of light, temperature and adsorption stimulated electronic processes in silicon-based nanosystems. Main regularities of the formation of nc-Si – dielectric, nc-Si – semiconductor, nc-Si – conductor and also hybrid organic-inorganic porous silicon-based nanosystems with predictable structural, optical and electrical properties were studied to establish the mechanisms of environmental influence on the electronic processes in silicon nanostructures. Using AFM and SEM methods structural and fractal properties of obtained nanosystems were studied. Molecular structure and mechanisms of interaction between the components of porous silicon based inorganic and organic-inorganic systems were investigated by means of Fourier IR spectroscopy. The mechanisms of influence of irradiation from 226Ra isotope on the photoluminescent and electrical properties of porous silicon and silicon-based film nanocomposites have been established. The influence of silicon nanocrystals orientation on optical-luminescent properties of silicon nanostructures in epoxy matrix was studied. It is demonstrated that nanocrystals shape anisotropy leads to anisotropy in photoluminescence polarization and effective refraction index of the nanosystem as a whole. Optical properties of the nanosystems are analyzed in the frame of effective medium model with cylindrical particles shape. The possibility of controlling the spectrum of multi-band photoemission of the porous silicon – zinc oxide nanosystems by adjusting the excitation energy is demonstrated. Peculiarities of the field effect in porous semiconductors with cylindrical pore shape were studied. Dependencies of electrostatic potential on the coordinate were analyzed for different pore radius, interpore distance and surface charge density. It is established that surface potential and Debye screening length decrease with increasing surface curvature. It is demonstrated that redistribution of charge carriers not only changes the electric conductivity of the porous layer but can also cause the inversion of the conductivity type. The inversion depth depends on the surface charge density and pore radius and can extend even through the entire layer. The possibility of controlling electronic parameters of silicon nanostructures by means of adsorption of chemically active or polar molecules from vapor or liquid phases was demonstrated. The formation of photosensitive electrical barriers in porous silicon-based structures due to adsorption doping of porous layer has been found. The effect of modification of porous layer by metallic nanoparticles having different inner work function and the influence of ZnO and graphene nanosheets deposition on electrical and photoelectrical properties of porous silicon structures was studied. It was established that incorporation of metals and graphene into porous silicon leads to the increase in conductivity and photoinduced voltage of sandwich structures due to the passivation of silicon nanocrystals and the formation of additional conductive channels in the porous layer. The expansion of spectral photosensitivity of porous silicon based structures due to ZnO deposition is revealed. Charge transport and relaxation processes in porous silicon based nanostructures were studied. Electrical conductivity mechanisms were established for the wide range of temperatures. Fractal structures based on porous silicon were shown to have several mechanisms of conductivity. Hopping charge transport via the system of localized states near the Fermi level in the temperature range of 12–120 K was revealed. At higher temperatures, activation mechanism of electric conductivity is dominating which is characterized by different activation energies in the temperature ranges of 120–200 K and 220–290 K. Activation energy of the electric conductivity for porous silicon in the low temperature region was found to be around 0.05 eV. The increase in activation energy due to oxide or polymer passivation of silicon nanostructures and graphene nanoparticle deposition was detected. Energy distribution of the localized states population density in porous silicon nanostructures was determined by means of thermally stimulated depolarization method. The nature of electrically active defects was identified and it was established that the change of silicon nanocrystals surface passivation causes a redistribution of the density of states in different energy ranges. The sensory properties of nanosystems based on porous silicon have been studied. Dependencies of adsorption sensitivity on the concentration were analyzed and time characteristics of sensor elements were determined. The possibility of gas identification based on overall impedance response of the multisensory system was demonstrated.

Роботу присвячено встановленню закономірностей процесів дифузії іонів металів у кристалах LiNbO3 та визначення оптимальних умов термохімічних обробок для застосування модифікованих матеріалів у пристроях функціональної електроніки.В дисертації розв'язано важливі наукові завдання, а саме: досліджено зміни структурних, оптичних, механічних та піроелектричних властивостей LiNbO3, спричинені високотемпературними відпалами кристалів у присутності іонів металів; використовуючи методи локального контролю та сканування змін фізичних властивостей зразків ніобату літію, підданих термохімічній обробці, визначено у різних кристалографічних напрямках просторові розподіли концентрацій домішкових іонів, впроваджених у кристали шляхом дифузії; досліджено вплив режимів термохімічних обробок кристалів LiNbO3 у присутності іонів металів на перебіг процесів дифузії; описано, на основі математичних моделей дифузії, процеси впровадження іонів металів у кристали LiNbO3, спричинені термохімічними обробками; виконано моделювання та створено діючий макет актюатора точного позиціювання на основі бідоменної пластини ніобату літію, створеної шляхом дифузії, експериментально досліджено залежності величини зміщення від прикладеної електричної напруги, визначено оптимальні кристалографічні орієнтації пластин, що утворюють біморфну структуру; запропоновано застосування методик цілеспрямованої термохімічної наноструктурної модифікації кристалів ніобату літію для ефективного використання у пристроях мікро- та наносистемної техніки, приміром, у актюаторах.^UThesis is devoted to establishing regularities of metal ion diffusion processes in LiNbO3 crystals and determining optimal conditions of thermochemical treatments for the application of modified materials in functional electronics devices. In the thesis, important scientific tasks have been solved, namely: changes in the structural, optical, mechanical, and pyroelectric properties of LiNbO3 caused by high-temperature annealing of crystals in the presence of metal ions were studied; the spatial distributions of the impurity ions concentrations incorporated into the crystals by diffusion were determined in different crystallographic directions, using methods of local control and scanning of changes in the physical properties of lithium niobate samples caused by thermochemical treatments; the influence of the modes of thermochemical treatments of LiNbO3 crystals in the presence of metal ions on the diffusion processes has been investigated; the processes of incorporation of metal ions into LiNbO3 crystals caused by thermochemical treatments were described on the basis of mathematical diffusion models; modeling was performed and a working model of precise positioning actuator based on the lithium niobate bimorph plate was created; the dependences of the displacement value on the applied electric voltage were experimentally investigated; the optimal crystallographic orientations of bimorph plates were determined; the application of methods of purposefully thermochemical nanostructural modification of lithium niobate crystals is proposed for practical use in devices of micro- and nanosystem technology, for example, in actuators.

Об'єкт дослідження – взаємодія електромагнітного випромінювання з металевими та метал-напівпровідниковими наноструктурами.Методи дослідження. Моделювання взаємодії електромагнітного випромінювання з плазмонними наноструктурами проведено за допомогою методів дипольної еквівалентності та дискретної дипольної апроксимації (ДДА). Характеризацію синтезованих наноструктур срібла та наносистем Ag/TiO2 та їх властивостей проведено за допомогою сучасних методів досліджень: спектрофотометрії; трансмісійної (ТЕМ) та скануючої (SEM) електронної мікроскопії; динамічного розсіювання світла (DLS); електрофоретичного розсіювання світла (ELS); термографії; а також, комплексу біохімічних методів згідно стандартних процедур дослідження.Наукова новизна результатів. Розширено наукові уявлення та знання про залежність оптичних параметрів металевих та метал-напівпровідникових наноструктур від їх морфології, форми та геометричних розмірів. Показано, що оптичний відгук наноструктур на основі Ag є найбільш чутливим до змін морфології та параметрів середовища, що дозволяє керувати їх оптичними параметрами та налаштовувати плазмонний резонанс на потрібний спектральний діапазон. Вперше визначено геометричні параметри наноструктур для ефективного використання для вибраних практичних застосувань. Удосконалено метод отримання стабільного біосумісного колоїду срібла за допомогою фотоіндукованого відновлення іонів срібла з водного розчину AgNO3 при кімнатній температурі при опроміненні лазером з довжиною хвилі 445 нм, причому в якості стабілізатора наночастинок використано цитрат натрію. Цей метод синтезу дозволяє отримувати наночастинки срібла як у вигляді колоїдного розчину, так і на поверхні напівпровідникових наноструктур у вигляді оболонки срібла керованої товщини. Вперше розроблено та виготовлено оригінальну установку радіального опромінення для модифікування просторових та оптичних параметрів наночастинок срібла під впливом світлових потоків потужних світлодіодів. Установка має систему тепловідведення та три ізольовані камери для опромінювання колоїдних розчинів наночастинок синім, зеленим та червоним випромінюванням. Показано, що тривале опромінювання колоїдів срібла призводить до модифікації геометричної форми і розмірів наночастинок та зміщення піків їх плазмонного поглинання по спектральній шкалі до ближнього ІЧ діапазону. Уточнено вплив геометричної форми та концентрації на ефективність генерації тепла наноструктурами срібла під дією лазерного випромінювання з довжинами хвиль 445 та 880 нм. Показано, що синтезовані трикутні нанопризми зі зміщеним оптичним поглинанням у ближню ІЧ область, порівняно зі сферичними наночастинками срібла, мають найбільшу ефективність генерації тепла як у повітрі, так і в біологічних середовищах. Встановлено, що наносистеми Ag/TiO2:C,S інтенсивно поглинають випромінювання всього видимого діапазону, проявляють високу фотокаталітичну дію та суттєво зменшують тривалість реакції фотодеградації органічних сполук під дією видимого світла.Практичне значення результатів дисертаційної роботиОтримані в роботі результати мають важливе значення для ряду прикладних застосувань у технологіях та засобах мікро- та наносистемної техніки. Вдосконалено спосіб отримання колоїду срібла за допомогою лазерного випромінювання видимого діапазону (445 нм) із водного розчину солі срібла та цитрату натрію, як стабілізуючого агента. Отримані наноструктури характеризуються високою стабільністю та чистотою. Новизну використаної технології підтверджено деклараційним патентом України на корисну модель № 131184 «Спосіб одержання розчину колоїдного срібла». Розроблений пристрій для простої модифікації морфології плазмонних наноструктур, на основі LED з різними довжинами хвиль випромінювання. Пристрій дозволяє модифікувати просторові параметри наночастинок срібла та змістити піки їх плазмонного поглинання до ближньої ІЧ області. Наноструктури срібла з модифікованими оптичними параметрами можуть активно використовуватися у окремих галузях біомедицини як бактерицидні та фунгіцидні агенти. Ефективність використання модифікованих наноструктур срібла в ендодонтії підтверджена відповідним актом впровадження. Отримані результати досліджень можуть бути використанні при вдосконаленні та виготовленні елементів та пристроїв мікро- та наносистемної техніки, зокрема сенсорної електроніки та мікроактуаторів. Окремі результати дисертаційних досліджень використовуються при виконанні науково-дослідної роботи «Наноструктуровані інтерфейси на основі нетоксичних матеріалів для прикладних застосувань» (ДБ/ІНТЕРФЕЙС № 0120U100675); у навчальному процесі для підготовки студентів спеціальності 153 «Мікро- та наносистемна техніка» та при виконанні бакалаврських та магістерських кваліфікаційних робіт студентів кафедри Фотоніки Національного університету «Львівська політехніка», що підтверджено відповідними актами.^UThe object of research is interaction of electromagnetic radiation with metal and metal-semiconductor nanostructures.Research methods. Simulation of the interaction of electromagnetic radiation with plasmon nanostructures was performed using the methods of dipole equivalence and discrete dipole approximation (DDA). Characterization of synthesized silver nanostructures, Ag/TiO2 nanosystems and their properties was carried out using modern research methods: spectrophotometry; transmission (TEM) and scanning (SEM) electron microscopy; dynamic light scattering (DLS); electrophoretic light scattering (ELS); thermography; as well as a set of biochemical methods according to standard research procedures.Scientific novelty of the obtained results. Scientific ideas and knowledge about the dependence of optical parameters of metal and metal-semiconductor nanostructures on their morphology, shape and geometric dimensions are expanded. It is shown that the optical response of Ag-based nanostructures is the most sensitive to changes in morphology and parameters of the environment. This allows one to control its optical parameters and adjust the plasmon resonance to the desired spectral range. For the first time, the geometric parameters of nanostructures for efficient use for selected practical applications are determined.The method of obtaining a stable biocompatible silver colloid with photoinduced reduction of silver ions from an aqueous solution of AgNO3 at room temperature under laser irradiation with a wavelength of 445 nm was improved, and sodium citrate was used as a stabilizer of nanoparticles. This synthesis method allows to obtain silver nanoparticles both in the colloidal solution and on the surface of semiconductor nanostructures as a silver shell with controlled thickness.For the first time, an original radial irradiation device was developed and manufactured to modify the spatial and optical parameters of silver nanoparticles under the influence of light fluxes of high-power LEDs. The device equipped with the heat dissipation system and three isolated chambers for irradiating colloidal solutions of nanoparticles with blue, green and red radiation. It is shown that long-term irradiation of silver colloids leads to modification of the geometric shape and size of nanoparticles and displacement of its plasmon absorption peaks on the spectral scale to the NIR range.The influence of geometric shape and concentration on the efficiency of heat generation by silver nanostructures under the action of laser radiation with wavelengths of 445 and 880 nm is specified. It is shown that the synthesized triangular nanoprisms with shifted optical absorption in the NIR region, in comparison with spherical silver nanoparticles, have the highest efficiency of heat generation both in air and in biological media.It is established that Ag/TiO2:C,S nanosystems intensively absorb radiation of the whole visible range, show high photocatalytic action and significantly reduce the duration of photodegradation reaction of organic compounds under the action of visible light.The practical significance of the thesis.The results obtained in this work are important for a number of applications in technologies and tools of micro- and nanosystem technology.The method of obtaining silver colloid with the visible range laser radiation (445 nm) from an aqueous solution of silver salt and sodium citrate as a stabilizing agent has been improved. The obtained nanostructures are characterized by high stability and purity. The novelty of the used technology is confirmed by the declaratory patent of Ukraine for the utility model № 131184 "Method of obtaining a solution of colloidal silver".A device for simple modification of the morphology of plasmon nanostructures based on LEDs with different wavelengths has been developed. The device allows to modify the spatial parameters of silver nanoparticles and shift the plasmon absorption peaks to the NIR region.Silver nanostructures with modified optical parameters can be actively used in some fields of biomedicine as bactericidal and fungicidal agents. The effectiveness of the use of modified silver nanostructures in endodontics is confirmed by the relevant act of implementation.The obtained research results can be used in the improvement and manufacture of elements and devices of micro- and nanosystem technology, in particular sensor electronics and microactuators.Some results of dissertation research are used in the research work "Nanostructured interfaces based on non-toxic materials for practical applications" (DB / INTERFACE № 0120U100675); in the educational process for the preparation of students in 153 "Micro- and nanosystem technology" and in performing student's bachelor and master theses of the Department of Photonics of the National University "Lviv Polytechnic", which is confirmed by relevant acts.

Роботу присвячено встановленню закономірностей процесів дифузії іонів металів у кристалах LiNbO3 та визначення оптимальних умов термохімічних обробок для застосування модифікованих матеріалів у пристроях функціональної електроніки.В дисертації розв'язано важливі наукові завдання, а саме: досліджено зміни структурних, оптичних, механічних та піроелектричних властивостей LiNbO3, спричинені високотемпературними відпалами кристалів у присутності іонів металів; використовуючи методи локального контролю та сканування змін фізичних властивостей зразків ніобату літію, підданих термохімічній обробці, визначено у різних кристалографічних напрямках просторові розподіли концентрацій домішкових іонів, впроваджених у кристали шляхом дифузії; досліджено вплив режимів термохімічних обробок кристалів LiNbO3 у присутності іонів металів на перебіг процесів дифузії; описано, на основі математичних моделей дифузії, процеси впровадження іонів металів у кристали LiNbO3, спричинені термохімічними обробками; виконано моделювання та створено діючий макет актюатора точного позиціювання на основі бідоменної пластини ніобату літію, створеної шляхом дифузії, експериментально досліджено залежності величини зміщення від прикладеної електричної напруги, визначено оптимальні кристалографічні орієнтації пластин, що утворюють біморфну структуру; запропоновано застосування методик цілеспрямованої термохімічної наноструктурної модифікації кристалів ніобату літію для ефективного використання у пристроях мікро- та наносистемної техніки, приміром, у актюаторах.^UThesis is devoted to establishing regularities of metal ion diffusion processes in LiNbO3 crystals and determining optimal conditions of thermochemical treatments for the application of modified materials in functional electronics devices. In the thesis, important scientific tasks have been solved, namely: changes in the structural, optical, mechanical, and pyroelectric properties of LiNbO3 caused by high-temperature annealing of crystals in the presence of metal ions were studied; the spatial distributions of the impurity ions concentrations incorporated into the crystals by diffusion were determined in different crystallographic directions, using methods of local control and scanning of changes in the physical properties of lithium niobate samples caused by thermochemical treatments; the influence of the modes of thermochemical treatments of LiNbO3 crystals in the presence of metal ions on the diffusion processes has been investigated; the processes of incorporation of metal ions into LiNbO3 crystals caused by thermochemical treatments were described on the basis of mathematical diffusion models; modeling was performed and a working model of precise positioning actuator based on the lithium niobate bimorph plate was created; the dependences of the displacement value on the applied electric voltage were experimentally investigated; the optimal crystallographic orientations of bimorph plates were determined; the application of methods of purposefully thermochemical nanostructural modification of lithium niobate crystals is proposed for practical use in devices of micro- and nanosystem technology, for example, in actuators.