Интеркалирование серебра в пленку линейно-цепочечного углерода Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 546.26

В. Д. КОЧАКОВ, Н.Д. НОВИКОВ

ИНТЕРКАЛИРОВАНИЕ СЕРЕБРА В ПЛЕНКУ ЛИНЕЙНО-ЦЕПОЧЕЧНОГО УГЛЕРОДА*

В 1960 г. А.М. Сладков с сотрудниками [1] синтезировали линейно-цепочечный углерод в виде двух аллотропных форм: (= С - С = С - С = С - С =) п полииновой формы а-карбина и (= С = С = С = С = С = С =)п кумуленовой формы В-карбина. Это был порошок, состоявший из кристаллов микронных размеров. Группе авторов [2] удалось синтезировать ионно-плазменным методом кумуленовую форму линейно-цепочечного углерода (ЛЦУ) в виде пленки. Пленка представляет собой полимерные цепочки углерода в состоянии 8р', расположенные перпендикулярно поверхности подложки, которые образуют гексагональную структуру из линейных молекул. Многочисленные исследования структуры ЛЦУ показали, что линейные молекулы углерода расположены на расстояниях 5 А друг от друга (точнее 4.85 А). Гексагональную структуру пленки подтверждает топография её поверхности с атомным разрешением (получена на атомно-силовом микроскопе И.В. Яминским, МГУ), которая представлена на рис. 1.

Рис.1. Расположение поверхностных атомов углерода пленки ЛЦУ

На основе многочисленных экспериментальных данных было развито модельное представление о структуре ЛЦУ, которое показано на рис. 2 и из которого видно, что при расстояниях в 5 А между полимерными цепями углеро-

* Исследования выполнены в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» (государственный контракт № 02.513.11.3082 шифр «2007-3-1.3-07-01-580» по теме «Исследование свойств легированных и интеркалированных пленок линейно-цепочечного углерода»).

да в пленку ЛЦУ могут быть интеркалированы посторонние атомы с радиусами не более 2 А.

Ч I +

«■ь чаь

& I '

Рис.2. Модельное представление процесса интеркалирования

Интеркалирование осуществлялось следующим способом: на подложку

(кварц, стекло, слюда, поликор, каменная соль) в вакууме наносился слой серебра, а поверх его синтезировалась пленка ЛЦУ. Толщины указанных слоев пленок варьировались в пределах 500-2000 А. Схема изготовления образцов показана на рис. 3.

Данную структуру помещали в печь и при 400°С отжигали на воздухе в течение 10 мин. Результат эксперимента приведен на рис. 4.

Линейно-

цепочечный

углерод

серебро

кварц

Рис. 3. Структура экспериментального образца

а в

Рис. 4. Внешний вид образца до (а) и после отжига (в)

Отражающее двухслойное покрытие (а) после термообработки превратилось в прозрачное и проводящее (в). Структура поверхностей до (а) и после (б) отжига исследовалась на атомно-силовом микроскопе Рет1ю8сап и показана на рис. 5.

и іии ли длі *-іи зии сш /ии оии злі піл

Р*.С«у 1 (^вм)в<йім*в;и000 е02 И* Серу 1 (Н«дЫ)о*й»в»4МЫ*М..10006 6*рт2

Іт»я» Нт*Ч Ьпацп ІІІЙ.І Нпі|М

а б

Рис. 5. Структура поверхности образца до (а) и после отжига (б)

Пленки серебра толщиной порядка 500 А прозрачны, поэтому предоставилась возможность исследовать спектры пропускания трёхслойных пленок до и после отжига. В этом случае на стекло толщиной 130-170 мкм наносились слой ЛЦУ толщиной 500 А, слой серебра толщиной 500 А и слой ЛЦУ толщиной 1000 А. Вся система отжигалась на воздухе в течение 10 минут при 4000С. Спектры пропускания исследовались на спектроэллипсометре Микроскан и приведены на рис. 6.

пт

Рис. 6. Спектр пропускания: -•— до отжига; -■— после отжига

Система «серебро - ЛЦУ» формировалась на кристалле №С1, отжигалась в условиях, указанных выше, отмывалась и исследовалась на просвечивающем электронном микроскопе. Фрагмент интеркалированной пленки представлен на рис. 7.

От этого участка получена электроннограмма, на которой присутствуют шесть рефлексов от ЛЦУ и кольца от серебра (рис. 8). На рис. 9 приведены электроннограммы отдельно для серебра и ЛЦУ.