Формирование прозрачных проводящих покрытий на основе пленок однослойных углеродных нанотрубок модифицированным spray-методом Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Согласно теории Горского, в неоднородном поле механического напряжения кристалла на точечные дефекты действует сила, пропорциональная градиенту напряжения:

-Ц,УР = /,

где О0 - объем точечного дефекта; УР - градиент напряжения; / - сила, действующая на вакансии и ме-жузельные атомы.

Таким образом, градиент напряжения УР может создавать дополнительный градиент концентрации в локализованных областях.

При сварке взрывом возникают градиенты напряжений, которые значительно превышают предел текучести материала. Любое превышение предела текучести порождает волну пластической деформации [3]. Волны пластической деформации, согласно теории Панина, могут создавать значительные диффузионные потоки, распространяющиеся на значительные расстояния.

1. Взаимная диффузия алюминия и титана при сварке взрывом происходит не сплошным фронтом диффузионной зоны, а диффузионными потоками атомов, формирующими отдельные частицы на расстояниях до нескольких десятков микрон от зоны контакта за доли секунды.

2. В процессе механохимических реакций, инициированных взрывом в зоне контакта ТьЛ1, формируются изолированные включения интерметаллических фаз Л12Т и Т12Л1.

Авторы благодарят Мали В.И. за любезно предоставленные образцы и полезные обсуждения и Гре-чаник А. Д. за полученные снимки.

Библиографические ссылки

1. Панин В. Е. Физическая мезомеханика - новая парадигма на стыке физики и механики деформируемого твердого тела // Физическая мезомеханика. 2003. Т. 6. № 4.

2. Павлюкова Д. В. Структура и механические свойства слоистых материалов на основе титана и алюминия, полученных по технологии сварки взрывом и дополнительной термической обработки : авто-реф. ... дис. канд. техн. наук. Новосибирск : НГТУ, 2011. 19 с.

3. Панин В. Е., Егорушкин В. Е. Солитоны кривизны как обобщенные волновые структурные носители пластической деформации и разрушения // Физ. мезомеханика. 2013. Т. 16, № 3. С. 7-26.

References

1. Panin V. E. Physical Mesomechanics - a new paradigm for the intersection of physics and mechanics of solids // Physical Mesomechanics, 2003, vol. 6, № 4.

2. Pavlyukova D. V. Structure and mechanical properties of laminates based on titanium and aluminum produced by explosion welding technology and the additional heat treatment: the dissertation for the degree of k.t.n. Novosibirsk State Technical University, 2011. 19 p.

3. Panin V. E., Egorushkin V. E. Solitons curvature as generalized wave structural carriers of plastic deformation and fracture // P.. mezomeh. 2013. T. 16. № 3. S. 7-26.

© Захарова Е. В., Лесков М. Б., Квеглис Л. И., Носков Ф. М., 2014

УДК 620.3

ФОРМИРОВАНИЕ ПРОЗРАЧНЫХ ПРОВОДЯЩИХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ПЛЕНОК ОДНОСЛОЙНЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК МОДИФИЦИРОВАННЫМ SPRAY-МЕТОДОМ

Ф. С. Иванченко1,2, А. С. Воронин1,2,3, С. В. Хартов2,3

1 Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, Красноярск, просп. Свободный, 79. E-mail: [email protected]

2ООО «ФанНано»

Российская Федерация, 660036, Красноярск, Академгородок, 50. E-mail: [email protected]

3Отдел молекулярной электроники КНЦ СО РАН Российская Федерация, 660036, Красноярск, Академгородок 50. E-mail: [email protected]

Разработана методика формирования тонких пленок однослойных углеродных нанотрубок посредством ультразвукового распыления водной дисперсии. Разработанная методика позволяет формировать пленки однослойных углеродных нанотрубок большой площади и высокой однородности, а также методика позволяет формировать нанотрубные покрытия на поверхностях сложной формы. При помощи данной методики сформированы пленки, характеризующиеся прозрачностью 77 % и удельным поверхностным сопротивлением 210 Ом/кв, а также прозрачностью в инфракрасном диапазоне более 91 %.

Ключевые слова: однослойные углеродные нанотрубки, прозрачные проводящие покрытия, ультразвуковое распыление.

Решетневскуе чтения. 2014

CREATING A TRANSPARENT CONDUCTIVE COATING BASED ON SINGLE-WALLED CARBON NANOTUBES FILM WITH MODIFIED SPRAY-METHOD

F. S. Ivanchenko1'2, A. S. Voronin1'2'3, S. V. Khartov 2,3

1 Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation. E-mail: [email protected]

2 Ltd. "FanNano"

50, Academgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation. E-mail: [email protected] 3 Department of Molecular Electronics KSC SB RAS 50, Academgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation. E-mail: [email protected]

The technique offorming thin films of single-walled carbon nanotubes by ultrasonic spraying an aqueous dispersion is developed. The technique allows to form a film of single-walled carbon nanotubes of large area and highly homogeneous. The technique allows to form a nanotube coating on the surfaces of complex shape. Using this method, the films are produced with characteristics of transparency of 77 % and a surface resistivity of 210 ohms/ square, and transparency in the infrared range of more than 91 %.

Keywords: single-walled carbon nanotube transparent conductive coatings, ultrasonic spraying.

Однослойные углеродные нанотрубки (ОУНТ) интенсивно исследуются с целью их дальнейшего применения в электронике. Одной из возможных областей, где ОУНТ могут раскрыть свой потенциал, является изготовление оптически прозрачных проводящих пленок. Такие пленки требуются для производства электродов солнечных батарей, прозрачных транзисторов, светодидов и т. д. [1].

Разработан метод формирования пленок однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ), предполагающий ультразвуковую генерацию метастабильного аэрозоля с размером капель 3-5 мкм, а также дискретность актов нанесения (родственен известному spray-методу, с размером капель порядка 50 мкм, с новым эффектом за счёт перехода к ультра малым размерам капель и дискретному нанесению; объединяет преимущества spray-метода и метода микроструйной печати (ink jet)). Толщина пленки контролируется временем напуска аэрозоля и количеством актов напуска. Минимизация времени напуска аэрозоля позволяет увеличить однородность пленочных покрытий, в обратном случае возможна коалесценция капель, что приводит к появлению неоднородностей в пленке.

Схема лабораторного стенда для формирования пленок ОУНТ модифицированным spray-методом показана на рис. 1.

Поток воздуха

Рис. 1. Лабораторный стенд формирования пленок однослойных углеродных нанотрубок

Важным параметром влияющим на качество пленок, является стабильность распыляемой коллоидной системы. При наличии агрегатов нанотрубок, а также элементов с линейным размером больше 5 мкм, за счет кавитации происходит разрушение стуктуры на-нотрубок в агрегатах, в результате чего микрокапли наполнены обрывками нанотрубок.

В качестве материала для синтеза пленок ОУНТ, был использованы ОУНТ полученные методом электродугового испарения на катализаторе Ni/Y (нанот-рубный материал получен в Институте проблем химической физики РАН А. В. Крестининым). В рамках работы синтезировались пленки ОУНТ толщиной 50, 100, 150 и 200 циклов осаждения, длительность цикла 2 секунды; на рис. 2 показана микроструктура пленки ОУНТ толщиной 50 циклов осаждения.

Рис. 2. Микроструктура пленки ОУНТ (50 циклов нанесения)

Видно, что пленка имеет однородную структуру с незначительными микродефектами.

# iw llH IW ч» < Jr'DDflh lin. njl.1, IHM)

а

Н, ( ЧО лич е [IT Е О ЦИКЛОВ ПСДЖДеНИН)

.1 DIII-I В«.'||[Ы. iFHI ■

б

5 ю 15

Pi, (КОМ/на)

Рис. 3. Спектральные зависимости: а - оптического пропускания исходных пленок ОУНТ; б - оптического пропускания пленок ОУНТ, экспонированных парами азотной кислоты; в - зависимость удельного поверхностного сопротивления пленок ОУНТ от количества итерации осаждения; г - оптического пропускания пленок ОУНТ от величины удельного поверхностного сопротивления

г

Проанализированы спектры оптического пропускания пленок ОУНТ (рис, 3, а) на подложке из щелочного стекла толщиной (50 итераций осаждения) (рис. 3, а). Пики поглощения соответствуют электронным переходам между особенностями ван-Хова в плотности состояний одномерных систем для полупроводниковых (Х(8ц) = 1873 нм и Х(822) = 1036 нм) и металлических (ЦМц) = 712 нм). После операции экспонирорвания пленок парами азотной кислоты спектральные зависимости оптического пропускания претерпевают значительное изменение (рис. 3, б). В частности полностью пропадает пик 8ц и значительно снижается интенсивность пика 822.

Причиной данного изменения спектров является сдвиг уровня Ферми в валентную зону, очевидно, что при сдвиге уровень Ферми оказался ниже первой сингулярности ван-Хова для полупроводниковых нанот-рубок, в результате чего энергетические уровни опустошаются, что делает невозможным электронные переходы между сингулярностями ван-Хова.

В целом операция допирования азотной кислотой позволяет увеличить проводимость пленок в 6-9 раз. В частности, на образце толщиной 200 итераций получено значение удельного поверхностного сопротивления 210 Ом/кв при оптическом пропускании 77 %. Стоит также отметить тот факт, что при операции химического допирорвания, за счет подавления пиков поглощения в инфракрасной области происходит значительное просветление пленок, таким образом, удалось просветлить образец толщиной 200 итераций с 67 до 91 % на длине волны 1873 нм.

Reference

1. Sumio Iijima. Helical microtubules of graphitic carbon (1991) Nature, 354, p. 56-58 doi: 10.1038/354056a0.

© Иванченко Ф. С., Воронин А. С., Хартов С. В., 2014

УДК 543.428

НОВЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЗБУЖДЕНИЙ В СПЕКТРОСКОПИИ СЕЧЕНИЯ НЕУПРУГОГО РАССЕЯНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ

А. Ю. Игуменов1, А. С. Паршин1, Ю. Л. Михлин2, О. П. Пчеляков3, А. И. Никифоров3, В. А. Тимофеев3

1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

2Институт химии и химической технологии СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50

3Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН Российская Федерация, 630090, г. Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 13