Графен, фуллерены и наноматериалы

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33132
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#61   morozov » Чт ноя 01, 2012 2:51

Можно посмотреть формулировку...
Дали прежде всего самым значимым экспериментальным работам (Гейм не очень высокого мнения о теоретиках). Свойства открыты необычные, и конусы тоже.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Юрий381
Сообщения: 341
Зарегистрирован: Пт авг 17, 2012 9:37

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#62   Юрий381 » Чт ноя 01, 2012 11:17

morozov писал(а):Можно посмотреть формулировку...
Дали прежде всего самым значимым экспериментальным работам (Гейм не очень высокого мнения о теоретиках). Свойства открыты необычные, и конусы тоже.
Гейм, гейм... не хочу конечно его обидеть, но вот когда я увидел список тех кто занимался ровно тем же самым но не получил нобеля, както относится к нему стал по-другому. Особенно когда вспомнил как попивали чаек в Черноголовке с замечательным человеком Дубоносом "на заре" всех этих конусов. Это было в нулевых - тогда было немного смешно со стороны то чем он занимался. "Какойто графен", "сейчас модно но по сути хрень". А теперь вот видетели Гейм неуважает теоретиков! А кто как не теоретики понимают суть всех этих энионов? Я вот до сих пор не могу въехать какое описание всеже первично, поди разберись во всех этих дробынх статистиках и солитонах! Какой экпериментатор может руками пощупать хотябы солитон, не говоря уже про квазичастицы с промежуточной статистикой? Не только пощупать но и предсказать как из них "спаять чип" )

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33132
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#63   morozov » Чт ноя 01, 2012 12:50

Это со слов теоретика, Канцельсона кажется. Он все это живоописал в "троицком варианте"... активный участник.
Я собственно вроде как недавно спросил в приличной компании "а что такое графен"... с моей точки зрения занятно. Вроде бы простенькая система, а столь всякого и даже очень вероятный выход на практические применения. Что не есть хорошо, так как предполагает толчею и попытки поочередно и вместе наступать на одни и те же грабли.
Ну вот я отслеживаю тематику, вяло, и не собираясь этим заниматься......
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Юрий381
Сообщения: 341
Зарегистрирован: Пт авг 17, 2012 9:37

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#64   Юрий381 » Чт ноя 01, 2012 14:34

morozov писал(а):Это со слов теоретика, Канцельсона кажется. Он все это живоописал в "троицком варианте"... активный участник.
Я собственно вроде как недавно спросил в приличной компании "а что такое графен"... с моей точки зрения занятно. Вроде бы простенькая система, а столь всякого и даже очень вероятный выход на практические применения. Что не есть хорошо, так как предполагает толчею и попытки поочередно и вместе наступать на одни и те же грабли.
Ну вот я отслеживаю тематику, вяло, и не собираясь этим заниматься......
и что же отвечают спецы на этот вопрос?
как ни парадоксально, краткий ответ на этот вопрос звучит везде по разному. мне вначале показалось что графен это прежде всего конусы дирака и что якобы они есть прямое следствие гексагональной решетки. Однако, нет: графан уже без конусов! (а между тем разложение волновой функции по двум подсистемам такое же - кто объяснит где тут подвох?) А, ну есчо там квантовая проводимость, но вот за нее бы конечно нобеля не дали...

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33132
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#65   morozov » Чт ноя 01, 2012 23:15

Юрий381 писал(а): и что же отвечают спецы на этот вопрос?
как ни парадоксально, краткий ответ на этот вопрос звучит везде по разному
Я не интересовался подробностями. Меня устроил ответ "монослой графита" было ли в ответе еще что я не помню, а может не понял.
Юрий381 писал(а):ответ на этот вопрос звучит везде по разному

Естественно, у всех разные интересы...
Юрий381 писал(а): якобы они есть прямое следствие гексагональной решетки
вспомнил, профессор, который Вас мордовал в ЖЖ, когда был в Москве сказал, что у электронов в графене нулевая эффективная масса... я это и позже встречал. Кстати может гексоганальность есть что-то мистическое, типа звезды давида.... фирма IR делает затворы полевых транзисторов в виде гексоганальной сетки и ужасно гордится этим.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Юрий381
Сообщения: 341
Зарегистрирован: Пт авг 17, 2012 9:37

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#66   Юрий381 » Пт ноя 02, 2012 11:32

morozov писал(а):
Юрий381 писал(а): и что же отвечают спецы на этот вопрос?
как ни парадоксально, краткий ответ на этот вопрос звучит везде по разному
Я не интересовался подробностями. Меня устроил ответ "монослой графита" было ли в ответе еще что я не помню, а может не понял.
Юрий381 писал(а):ответ на этот вопрос звучит везде по разному

Естественно, у всех разные интересы...
Юрий381 писал(а): якобы они есть прямое следствие гексагональной решетки
вспомнил, профессор, который Вас мордовал в ЖЖ, когда был в Москве сказал, что у электронов в графене нулевая эффективная масса... я это и позже встречал. Кстати может гексоганальность есть что-то мистическое, типа звезды давида.... фирма IR делает затворы полевых транзисторов в виде гексоганальной сетки и ужасно гордится этим.
нулевая масса это "конусы дирака" по-другому. на самом деле, конечно же, нет там никакой нулевой массы, просто закон дисперсии конический дает нам эффективно такую же картину как и для фотона, у которого масса покоя =0, но все это пртянуто за уши, и более правильно говорить о конусах. Так что тот профессор видимо от какогото РАЕН )
впрочем и на физфаке знаю профессора который утверждает что ничего кроме того что написано в учебниках не существует, а аномальные результаты экспериментов - это 100% ошибка ))

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33132
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#67   morozov » Вс ноя 04, 2012 1:15

Юрий381 писал(а): Так что тот профессор видимо от какогото РАЕН
Нет нормальный ваковский, председатель докторского совета... хотя конечно не это главное, достаточно грамотен и легко схватывает суть, вагон аспирантов... практически основатель школы. В общем достоин уважения.
А нулевая эффективная масса это нормально. Если есть в тыщу раз меньше и больше во столько же почему не быть нулевой. Масса в ФТТ
из Вики
Изображение
Для свободной частицы закон дисперсии квадратичен, и таким образом эффективная масса является постоянной и равной массе покоя. В кристалле ситуация более сложна и закон дисперсии отличается от квадратичного. В этом случае только в экстремумах кривой закона дисперсии, там где можно аппроксимировать параболой можно использовать понятие массы.
Эффективная масса

Благодаря линейному закону дисперсии эффективная масса электронов и дырок в графене равна нулю. Но в магнитном поле возникает другая масса, связанная с движением электрона по замкнутым орбитам и называемая циклотронной массой. Связь между циклотронной массой и энергетическим спектром для носителей в графене получается из следующего рассмотрения. Энергия уровней Ландау для уравнения Дирака задаётся в виде....
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33132
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#68   morozov » Пт ноя 16, 2012 11:48

Карбинофуллерены

Карбин и графен представляют собой, соответственно, одно- и двумерную аллотропные модификации углерода. В графене связи С–С образуют шестиугольники с общими сторонами, а карбин имеет цепочечную структуру. Гибрид графена и карбина называется графином (graphyne) [1]: в нем шестиугольники из связей С–С соединены друг с другом короткими двухатомными цепочками (рис. 1).

Такие же (или даже более длинные) цепочки могут быть составными элементами фуллереноподобных сферообразных кластеров, связывая между собой пяти- и шестиугольники С–С (рис. 2).

Изображение
Рис. 1. Фрагмент слоя графина

Изображение
Рис. 2. Один из карбинофуллеренов

Изображение
Рис. 3. Графинфуллерен С46


Карбинофуллерены пока не синтезированы, но теоретические расчеты [2] показывают, что они отвечают локальным минимумам потенциальной энергии кластера, то есть являются метастабильными. Вопрос в том, достаточно ли высоки ограничивающие метастабильное состояние потенциальные барьеры, чтобы удержать карбинофуллерен в этом состоянии и не дать ему распасться. О несколько ином типе карбинофуллеренов – графинфуллерене С46 (рис. 3) – идет речь в работе [3]. Он был обнаружен при компьютерном моделировании эволюции нагретого фуллерена С46 методом молекулярной динамики. В нем двухатомные цепочки связывают между собой две группы смежных пяти- и шестиугольников (“полюса”). Здесь барьер оказывается достаточно высоким, около 1 эВ, поэтому в принципе, можно рассчитывать на синтез столь экзотических кластеров.

Л.Опенов

1. Phys. Rev. B 84, 075439 (2011).

2. ФТТ 53, 2265 (2011).

3. ФТТ 54, 1614 (2012).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33132
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#69   morozov » Пн ноя 19, 2012 15:05

Электрическое соединение нанотрубок с помощью молекулы фуллерена

Углеродные наноструктуры (фуллерены, углеродные нанотрубки, графен) часто рассматривают в качестве элементов электронных схем или наноэлектромеханических устройств, сочетающих в себе миниатюрные размеры с эффективными рабочими характеристиками. При создании таких систем возникает проблема соединения различных элементов, которое бы обеспечивало механический и электрический контакт между ними. Примером успешного решения такой проблемы может служить работа, выполненная группой специалистов из Southeast Univ. (Китай) совместно с Univ. de Lyon, (Франция). Этим авторам удалось осуществить электрический и механический контакт между двумя углеродными нанотрубками (УНТ) с помощью молекулы фуллерена [1].
Изображение
Три типа контактов между УНТ, реализуемых с помощью молекул фуллерена:
I – контакт имеет форму шарнира, позволяющего нанотрубкам совершать повороты и вращения;
II – контакт допускает боковое движение конца УНТ;
III – молекула фуллерена может вращаться вокруг области контакта.

Возможные конфигурации контактов схематически показаны на рисунке. С целью практической реализации контакта многослойные УНТ диаметром от нескольких нм до нескольких десятков нм и длиной в несколько сот нм наносили на поверхность золотой проволоки диаметром 2 мм, закрепленной на щупе TEM-STM, который помещали в камеру микроскопа. Нанотрубку, прикрепленную к концу золотой проволоки, приводили в контакт с другой золотой проволокой, укрепленной на контрэлектроде. Импульс тока через нанотрубку вызывал ее термическое разрушение, которое сопровождалось образованием графеновых хлопьев и молекул фуллерена, которые осаждались вблизи точки разрыва УНТ. После этого фрагменты УНТ, образовавшиеся в результате ее разрыва, приводили в контакт через молекулу фуллерена, образуя тем самым мягкое соединение (шарнир). Общее количество полученных таким образом соединений достигало 50. Роль соединительного элемента во всех случаях играли одно- или двухслойные молекулы фуллерена с внешним диаметром 2.5 ± 0.1 нм, что соответствует формуле С720. Соединяемые фрагменты УНТ имели внешний диаметр от 3.3 до 4.4 нм и толщину 1.2±0.1 нм, что соответствует 4-5 слоям. Измерения вольтамперных характеристик этих соединений при температуре жидкого азота, показали, что при пропускании электрического тока электрический контакт сохраняется даже при движении УНТ относительно контакта, хотя в некоторых случаях это сопровождается уменьшением диаметра УНТ (до 30 %). В некоторых случаях наблюдается нарушение электрического контакта, что, видимо, связано с термическим разрушением УНТ. Типичная величина тока через контакт, наблюдавшаяся для всех типов соединений, составила около 7 мкА при напряжении 2 В. Это соответствует плотности тока, протекающего через молекулу фуллерена, на уровне 9·108 A/cм2.

Обработка вольтамперных характеристик соединений позволила оценить сопротивления контактов между двумя УНТ и между УНТ и молекулой фуллерена. Обе эти величины оказались в диапазоне между 100 и 1000 кОм, что соответствует удельному сопротивлению контакта на уровне ~10-8 Ом·см2, что на несколько порядков ниже известных из литературы величин удельного сопротивления контактов УНТ–металл (10-6 Ом·см2), металл–металл (10-5 Ом·см2) и УНТ–полупроводник (10-6 Ом·см2).

А.Елецкий

1. N.Wan et al., Appl. Phys. Lett. 100, 193111 (2012).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33132
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#70   morozov » Пт ноя 23, 2012 14:48

С подачи Юрий381

http://derban.livejournal.com/16343.html

западная наука и карбин: продолжение.. [ноя. 23, 2012|12:30 pm]

Не так давно вышла статья (краткий перевод на русский: http://www.chemport.ru/datenews.php?news=2221) о том, что, якобы, впервые выращены цепочки карбина длинной до 44 атомов и это, якобы, сенсация:
"...Специалисты в области синтеза и изучения полиинов приятно поражены результатами работы. Так, Мартин Брайс (Martin Bryce) из Университета Дарема отмечает, что работа исследователей из Канады предоставляет новые возможности по экспериментальному исследованию влияния сопряжения на распределение энергетически уровней в длинных углеродных цепях. Он добавляет, что весьма интересным развитием работы было бы изучение влияния различных концевых групп на электронные свойства полиинов и перспективы их применения в молекулярной электронике."
Но интересна статья не сама по себе, а то что она вышла от офицальной "западной науки", которая, как известно, отвергает саму идею существования карбина вот уже почти полвека (!). Вот как комментируют эту статью наши ученые (http://issp.ras.ru/Control/Inform/perst ... /perst.htm):
"Снова к основам
...Первое желание, которое возникает после прочтения статьи и комментария (M.M.Haley, Nature Chem. 2, 912 (2010)) к ней – это поискать информацию о карбине в Интернете. Вот что про него написано в Википедии: Оказывается, карбин был открыт на рубеже 50-х и 60-х годов прошлого века в Советском Союзе, а именно – в Институте элементоорганических соединений (ИНЭОС) РАН, в лаборатории высокомолекулярных соединений, возглавлявшейся академиком В.В. Коршаком (публикация в 1961 г., диплом на открытие в 1971 г. с приоритетом от 1960 г.). Тогда же были изучены основные свойства карбина и показано, что он существует в двух модификациях, о которых шла речь выше: a-карбин с полииновой структурой и b-карбин с кумуленовой структурой. При этом b-карбин метастабилен, то есть a-карбин – более устойчивая модификация. Углеродные цепочки в карбине не являются прямолинейными, о чем свидетельствует большой (значительно превышающий длину связи С-С) период решетки вдоль цепочки. Более того, этот период изменяется от образца к образцу, что говорит о множестве карбиновых форм углерода... А в заключение заметим, что если бы авторы открытия опубликовали свою статью не в Докладах АН СССР, а в Science, то, возможно, получили бы Нобелевскую премию."
Добавлю от себя, существует то, что наверное способно взорвать мозг "западной науке" - цепочки карбина длинной до 1000 атомов упакованные в идеальный квазикристалл, и, что более удивительно, об этой форме было много публикаций. И если до недавнего времени была до конца не ясна структура такого кристалла, то в последней публикации этот пробел устранен: http://www.scirp.org/journal/PaperInfor ... rnalID=172

Но, возможно, западные ученые не читают научных журналов, иначе как объяснить, например, вот такой комментарий от "западного уважаемого проффесора":
"Carbyne and other myths about carbon"...
(http://www.rsc.org/chemistryworld/Issue ... Carbon.asp - относится к той же "статье-сенсации" с которой мы начали обсуждение)
Хотелось бы задать вопрос этому профессору: Ознакомились ли вы с темой карбина достаточно глубоко (подозреваю что да)? Если да, то как допускаете возможность того, что российские ученые вот уже полвека занимаются непонятно чем (если карбина не существует), можете ли вы назвать их шарлатанами?
Резюмируя, не побоюсь, в отличии от уважаемого западного профессора, сказать прямо: "западная наука" вовсе не так однозначна: тут полно прихлебателей (да да, - пилят бюджеты научных фондов прямо как у нас в сколково!) и в целом нет стремления к прогрессу, напротив распространено "включение дурака" (уважаемому профессору следовало написать не о том что карбина не существует, а о том, что намного раньше россияне получили цепочки в 100 раз более длинные и заявлять о "самых длинных" в серьезном журнале недопустимо) и воровство результатов. до абсурда: наши результаты давно опубликованы, а западники сейчас проводят их "переоткрытие", а все делают вид что это нормально. В принципе, шаблон для будущей нобелевской премии готов: перепубликовать последние наши публикации и растрезвонить на весь мир о том, что открыт совершенно новый углеродный материал, который заменит кремний в ближайшем будущем (об этом уже нами написано, но скромно: http://www.scirp.org/journal/PaperInfor ... rnalID=172). Впрочем так было и с графеном. По-честному, надо было давать премию не трем избранным, а целой кагорте, в том числе и наших, российских ученых.
________________________
Премию дают всегда не более чем трем. Таковы правила.
История повторяется
ВТСП тоже сначала были синтезированы у нас.... но на сверхпроводимость проверили только Бендоц и Мюллер, за что и получили самую быструю нобелевку.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
Alex Barri
Сообщения: 983
Зарегистрирован: Пт дек 12, 2008 15:07

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#71   Alex Barri » Чт ноя 29, 2012 14:59

Не совсем в тему, но возможно к вопросу о его "сверхтеплопроводности:

http://science.compulenta.ru/724511/

Эксперимент по нагреву графита поставил сложные вопросы
британцы применили принципиально новый метод нагрева — бомбардировку образца протонами, предварительно разогнанными при помощи лазера.

Одновременно нагреваемый образец подвергался рентгеноскопии, что позволило выяснить потрясающий факт: теоретические модели распространения тепла в плотной материи не просто ошибочны, а никак не коррелируют с реальностью уже тогда, когда электроны в веществе соответствуют 17 000 К. Ионы при этом некоторое время продолжали оставаться нагретыми всего до 300 К, то есть до комнатной температуры. Разумеется, позднее неравномерность выравнивалась, ведь ионы всё же взаимодействуют с электронами, и энергия последних передаётся им со временем — но намного медленнее, чем сулили даже самые пессимистически теоретические модели

Эксперимент интересовал авторов с точки зрения инерциального термоядерного синтеза (при помощи лазерного обстрела вкладышей с топливом). И из него, между прочим, вытекает, что эффективный нагрев лазерными импульсами вещества вкладышей, похоже, вообще невозможен, ибо на его пути стоит пока неизвестный барьер


Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33132
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#72   morozov » Пт ноя 30, 2012 1:45

теоретические модели распространения тепла в плотной материи не просто ошибочны, а никак не коррелируют с реальностью уже тогда, когда электроны в веществе соответствуют 17 000 К. Ионы при этом некоторое время продолжали оставаться нагретыми всего до 300 К, то есть до комнатной температуры.
Так оно и есть, просто энергия электронов на уровне 1эВ, которая соответствует этой температуре.
Разумеется, позднее неравномерность выравнивалась, ведь ионы всё же взаимодействуют с электронами, и энергия последних передаётся им со временем — но намного медленнее, чем сулили даже самые пессимистически теоретические модели
"Надо помыть тому парню руки" как сказал классик.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33132
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#73   morozov » Вт дек 04, 2012 16:56

Измерение модуля Юнга графена

Одно из наиболее привлекательных свойств графена – его исключительные механические характеристики. Согласно результатам недавних измерений [1, 2], выполненных с помощью атомного силового микроскопа, модуль Юнга этого материала достигает уровня терапаскаля (1012 Па). Аналогичных величин достигает модуль Юнга углеродных нанотрубок, структура которых по существу представляет собой свернутый в трубочку графен. Столь высокие механические характеристики указанных материалов обусловлены совершенством их бездефектной структуры, которая, скорее всего, реализуется лишь на весьма малых масштабах. Учитывая важность данного вопроса, недавно в Sogang Univ. (Корея) для измерения модуля Юнга графена был использован другой метод, основанный на анализе спектров комбинационного рассеяния (КР) [3].



Рис. 1. a – Схема экспериментальной установки;.
b – SEM изображение мембраны в вакууме.
В результате перепада давлений между внутренней
и внешней областями отверстия на поверхности подложки,
покрытой пленкой графена, образуются пузырьки
различного диаметра (3.6 и 6.6 мкм).

Изображение

Схема эксперимента приведена на рис. 1а. Эксперимент основан на непроницаемости графеновой пленки для газов, благодаря чему графеновая мембрана способна выдерживать значительный перепад давлений (до нескольких атмосфер). Образцы графена, полученные из кристаллического графита методом механического расщепления, располагали на кремниевой подложке, покрытой слоем SiO2 толщиной 300 нм. Исследуемые образцы графена на подложке помещали в вакуумную камеру с целью создания перепада давлений на графеновой мембране, разделяющей объем отверстия и объем камеры. В результате перепада давлений на поверхности подложки возникали пузыри, SEM изображение которых показано на рис. 1b. Связь между высотой пузыря и величиной механического напряжения на мембране выражается через модуль Юнга мембраны на основе графена. Механическое напряжение определяли на основании анализа спектров КР образцов графена, которые были получены с использованием аргонового лазера (λ = 514.5 нм) мощностью 0.5 мВт. Лазерный луч пропускали в камеру через кварцевое окно и фокусировали на образец с помощью линзы 40×. Спектральное разрешение составляло около 0.7 см−1.

Измерения показали, что при откачке вакуумной камеры положение G пика в спектре КР смещается в красную сторону, причем величина смещения возрастает по мере увеличения диаметра отверстия и достигает максимума в центральной части мембраны. Так, максимальная величина смещения составляет 5.0±3.6 см-1, 8.0±2.8 см-1, 10.0±1.3 см-1 и 13.0±1.0 см-1 для мембран, находящихся на отверстиях диаметром 3.1, 4.2, 5.3, и 6.4 мкм, соответственно. Обработка приведенных данных на основании современной теории упругих оболочек позволила определить модуль Юнга однослойного образца – 2.4±0.4 ТПа (аналогичные измерения, выполненные на образце двухслойного графена, помещенного над отверстием диаметром 7.3 мкм, привели к величине модуля Юнга 2.0±0.5 ТПа). Полученные величины модуля Юнга в 2-2.5 раза превышают результаты более ранних измерений [1, 2], что может быть связано с более узким диапазоном механических напряжений, использованных в данной работе.

А.Елецкий

1. C.Lee et al., Science 321, 385 (2008).

2. S.P.Koenig et al., Nat. Nanotechnol. 6, 543 (2010).

3. J.-U.Lee, D.Yoon, H.Cheong, Nano Lett. 12, 4444 (2012).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33132
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#74   morozov » Вс дек 09, 2012 1:58

Поврежденная структура графена способна к самовосстановлению

Зависимость электронных характеристик графена и, в частности, ширины запрещенной зоны, от размеров образца позволяет рассматривать этот материал как будущий возможный элемент наноэлектронных систем. Достаточно нарезать графеновый лист на полоски различной ширины, и вы получаете набор полупроводниковых диодов с различной шириной запрещенной зоны. Соединение двух таких полосок различной ширины приводит к созданию гетероперехода, который можно использовать для создания более сложных электронных схем. Таким образом, применение графена в наноэлектронике зависит от возможности изготовления графеновых полосок различной ширины и формирования более сложной цепи из таких полосок. Наиболее распространенный метод обработки графеновых листов, позволяющий вырезать из них полоски требуемой геометрии, основан на использовании электронных пучков. При такой обработке, однако, в структуре графена образуются нежелательные дефекты, наличие которых искажает электронные характеристики образца. Результаты недавних исследований, выполненных группой ученых из Univ. of Manchester (Великобритания) и нескольких английских технологических центров при участии Нобелевского лауреата К. Новоселова, указывают на способность графена к самовосстановлению своей поврежденной структуры. Такое свойство графена имеет существенное значение для развития направлений прикладного использования этого материала в наноэлектронике.

Образцы графена были выращены на медной подложке стандартным методом CVD, после чего на них наносили металлические пленки методом электроннолучевого напыления (Pd) и термического испарения (Ni). В результате облучения образцов электронным пучком в структуре графена возникали дефекты в виде нанометровых отверстий. Для исследования динамики образования и “залечивания” дефектов использовали сканирующий просвечивающий электронный микроскоп, работающий в условиях глубокого (5×10−9 Торр) вакуума (энергия электронного пучка – 60 кэВ, ток – 45 пА, пространственное разрешение – 1.1 Å). Размер изображаемой области графена составляет 2-3 нм. Изображения, полученные с помощью этого микроскопа, позволяют не только проследить за эволюцией размера и формы отверстий в структуре графена, образованных под воздействием электронного пучка, но и установить детальную структуру областей графена, образовавшихся в результате “залечивания”. Как показывают наблюдения, проводимые в течение 40 мин, эти области вначале заполняются комбинациями углеродных колец 5-7 и 5-8, которые вскоре перераспределяются с образованием исключительно колец 5-7. В случае, когда поверхность графена не имеет углеродосодержащих загрязнений, в результате самовосстановления образуется правильная гексагональная структура, присущая графеновой поверхности. При этом длительность восстановления небольших отверстий (диаметром 1 – 1.5 нм) составляет порядка 10 с. В качестве механизма восстановления авторы рассматривают каталитический процесс, происходящий при участии металлических частиц катализатора и атомов углерода, отделяющихся от краевых областей графенового листа.

А.Елецкий

1. R.Zan et al., Nano Lett. 12, 3936 (2012).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33132
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#75   morozov » Ср дек 12, 2012 13:36

Холодная полевая эмиссия графена при
низких приложенных напряжениях

Преимущества использования углеродных наноструктур в качестве холодных полевых эмиттеров связаны с высоким аспектным отношением таких эмиттеров, обеспечивающим значительное усиление электрического поля вблизи их краев. До сих пор основным кандидатом на роль эмиттера подобного типа считались углеродные нанотрубки (УНТ), величина аспектного отношения которых может составлять порядка 103 и даже выше. Развитие методов получения графена привлекло внимание к этому материалу как к источнику холодной полевой эмиссии электронов. Поскольку толщина графенового листа составляет доли нанометра, что на много порядков меньше характерного размера образца, такой материал также должен обладать высоким коэффициентом усиления электрического поля, а это, в свою очередь, способствует получению достаточно высоких токов эмиссии при относительно низком приложенном напряжении.

В работе китайских исследователей [1] продемонстрирован способ получения графена методом химической эксфолиации. Образец углеродной ткани (15 г) в течение 20 мин кипятили в 30 мл водного раствора (30%) перекиси водорода. Это приводило к образованию на поверхности волокон оксидных функциональных групп, которые удаляли вакуумной обработкой в течение 10 мин при температуре 600оС. Затем образец сначала помещали в СВЧ-печь, где происходила эксфолиация графена, после чего погружали в этанол и обрабатывали ультразвуком в течение часа. Это приводило к отделению плоских листов графена толщиной около 1 нм. Края таких листов, различимые в просвечивающем электронном микроскопе высокого разрешения, могут содержать не более 2 слоев.

Исследование холодной полевой эмиссии образцов проводили в вакуумной камере (10-7 Торр) с параллельными электродами. В качестве катода использовали полоску углеродной ткани. Диаметр анода составлял 2 мм. Межэлектродное расстояние также равнялось 2 мм. Измерения показали, что плотность тока эмиссии достигает величины 10 мкА/см2 при средней (по промежутку) напряженности поля 0.4 В/мкм, а плотность тока 10 мА/см2 достигается при напряженности поля 0.7 В/мкм.
Изображение
Вольтамперные характеристики эмиттера на основе графена,
представленные в обычных координатах (а) и в координатах Фаулера-Нордгейма (b).

Вольтамперные характеристики эмиттеров на основе исходной углеродной ткани (черные квадраты), графеновых листов, полученных методом CVD (красные кружки), и графеновых листов, полученных методом химической эксфолиации (остальные точки), приведены на рисунке. Рассчитанный из этих зависимостей коэффициент усиления электрического поля составил 6570 для углеродной ткани, 11000 для графеновых листов, полученных методом CVD, и 13000 для образцов графена, полученных методом химической эксфолиации. Столь высокие величины коэффициента усиления электрического поля обусловлены специфической геометрией эмиттера, в котором тонкие графеновые листы расположены на возвышениях углеродной ткани. Полученные результаты указывают на перспективы использования графена в качестве источника холодной полевой эмиссии электронов.

А.Елецкий

1. J.Liu et al., Appl. Phys. Lett. 101, 153104 (2012).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»