Автореферат (Исследование оптических и автоэмиссионых свойств углеродных наностенок), страница 4

В соответствии с эмпирической формулой,приведенной в работе [9], размер нанокристаллических доменов варьируется от3 до 22 нм.17Отношение I(D)/I(D') зависит от типа дефектов [16] в структурах и независит от их концентрации. Для образцов № 5-9 данное значение варьируетсяот 1.8 до 3.3, что может свидетельствовать о граничных дефектах.Наличие дефектов можно определить по рамановским спектрам. Дляобразцов №1-4 (разной толщины) все основные параметры рамановскихсигналов сохраняются за исключением отношения I(D)/I(G), котороесоответствует размеру нанокристаллитов [9].

Минимальное значениесоответствует образцу №4, что говорит о том, что размер нанокристаллитов дляданного образца максимальный. На рис. 8 видно, что интегральное отражениедля данного образца максимально.Для образцов разной морфологии наибольшее значение D пиканаблюдается для образца № 5, в то время как образец № 7 имеет наименьшеезначение плотности граничноподобных дефектов. Образец № 7 и № 8отличаются по значению I(D)/I(G), что можно отнести к различной плотностидоменов, из которых состоят индивидуальные углеродные листы в пленках [9].Зеркальное и диффузное отражение образцов № 5-9 увеличивается сувеличением угла падения излучения.

Интегральные характеристикипредставлены на рис.8 б). Образцы № 5 и № 6 показывают минимальноезначение отражения, которое не превышает 0.3 % при средней толщине пленки3 мкм.Для образцов №7-9 значение I(D)/I(G) находится в пределах 0.2-0.6 и всеинтегральные спектры имеют значение около 1-2%. В то же время значениеI(D)/I(G) для образцов №5-6 составляет 1.3-1.5, что говорит о меньшем размеренанокристаллитов и значение интегральных характеристик на уровне 0.2-0.4%.Уменьшение латерального размера графитовых листов приводит ксущественному вкладу в электронную структуру. Теоретический анализуглеродных нанолистов показывает появление новых состояний вблизи уровняФерми, связанных с границами доменов [18]. Плотность таких состоянийуменьшается экспоненциально от границы к центру доменов. Появление такихвнутризонных электронных состояний не связано со структурой графита или свисящими связями на границах кристаллитов и может быть объяснено сособенностью системой π-электронов.

Мы полагаем, что так же как и дляграфеновых листов, в углеродных наностенках большое количество граничныхсостояний внутри углеродного листа влияет на электронную структуру.18Для выявления влияния дефектности пленки на оптические свойствапленки был проведен дополнительный эксперимент. Образцы подвергалисьбомбардировке ионами He+ с различными дозами до 1016 см-2 при энергии ионов200 кэВ с целью создания дефектов в пленке. Для имплантации использовалсяускоритель тяжелых ионов «High Voltage Engineering Europe».

Структурныесвойства до и после имплантации были определены с помощью рамановскойспектроскопии.С помощью рамановской спектроскопии было определено, что сувеличением дозы имплантации наблюдается увеличение отношения I(D)/I(G) иI(D')/I(D). Первое отношение говорит о том, что уменьшается размернанокристаллитов [9], а второе — что меняется тип дефектов, при этомоптические характеристики меняются незначительно в пределах 10-15%. Изэтих данных можно сделать вывод, что определяющим фактором в оптическихсвойствах является морфология пленки, а не ее дефектность.Рисунок 9.

Оптические измерения углеродных наностенок в диапазоне от 1.3 до 200мкм. а) коэффициент отражения, б) коэффициент прохождения, в) коэффициент поглощения,г) рассчитанные мнимый и действительный показатель преломления.Для некоторых пленок были измерены коэффициенты отражения ипрохождения в диапазоне от 1.3 до 200 мкм (рис. 9 а)-в)). Для измеренияспектральных характеристик использовался спектрометр Bruker Vertex 70v.Также был посчитан мнимый и действительный показатель преломленияструктур с использованием модели Максвелла-Гарнетта (рис. 9 г)).19В заключении представленыдиссертационной работы.полученныерезультатыивыводыОсновные результаты работы1.Разработан и реализован метод синтеза углеродных наностенок наповерхностипористогокремния,полученногоспомощьюфотоэлектрохимическоготравления,сиспользованиемметодикиплазмохимического осаждения в разряде постоянного тока в смеси газов метанаи водорода.2.Исследованы автоэмиссионные характеристики углеродных структур наповерхности пористого кремния.

Показано, что время травления кремниясущественно влияет на количество центров нуклеации, морфологиюполучаемых пленок и автоэмиссионные характеристики. Порог эмиссии пленокизменяется от 3 до 6 В/мкм, плотность тока от 0.6 до 6 А/см2.3.Исследовано влияние температуры синтеза пленок на получаемыеструктурные и автоэмиссионные свойства. Показано, что увеличениетемпературы синтеза пленок приводит к увеличению средних размеровуглеродных наностенок и углеродных нанотрубок на 6.3 нм/ºC и 11 нм/ºCсоответственно.

Из кривых Фаулера-Нортгейма определено, что увеличениетемпературы подложки в процессе синтеза приводит к увеличению площадиавтоэмиссионных центров.4.Проведено исследование оптических свойств углеродных наностенок вшироком диапазоне длин волн от 0.4 до 200 мкм. Показано, что отражение отуглеродных пленок толщиной несколько микрометров не превышает 1% ввидимом диапазоне длин волн, а поглощение достигает 99%.

Поглощениеданных структур в диапазоне длин волн от 1.3 до 20 мкм составляет более 90%.Показано, что многостадийный рост углеродных наностенок можетприменяться для роста структур определенной толщины с заданной плотностьювещества. Варьирование параметров синтеза, таких как давление и температура,приводит к получению пленок различной морфологии.5.Показано, что оптические характеристики углеродных наностенок вбольшей степени зависят от морфологии углеродных структур, чем от степенидефектности пленки.20Список публикаций по теме диссертации[A1] Krivchenko V.

A., Evlashin S. A., Mironovich K.V., Verbitskiy N.I., Nefedov A. etal. Carbon nanowalls: the next step for physical manifestation of the black bodycoating //Scientific Reports. - 2013 – Vol. 3. - № 3328.[A2] Evlashin S., Svyakhovskiy S., Suetin N., Pilevsky A., Murzina T., et al. Opticaland IR absorption of multilayer carbon nanowalls //Carbon. – 2014. - Vol. 70.

- Pp.111-118.[A3] Krivchenko V., Shevnin P., Pilevsky A., Egorov A., Suetin N., Sen V., Evlashin S.,Rakhimov A. Influence of the growth temperature on structural and electron fieldemission properties of carbon nanowall/nanotube films synthesized by catalyst-freePECVD //Journal of Materials Chemistry. – 2012.

– Vol. 22. – №. 32. – Pp. 1645816464.[A4] Evlashin S. A., Mankelevich Y. A., Borisov V. V., Pilevskii A. A., Stepanov A. S. etal. Emission properties of carbon nanowalls on porous silicon //Journal of VacuumScience and Technology B. – 2012. – Vol. 30. – №. 2. – Pp. 021801.Основные публикации по теме диссертации в сборниках и трудахконференций[B1] Evlashin S.A., Belousov M.E., Borisov V.V., Pilevskii A.A., Stepanov A.S., SuetinN.V., Rakhimov A.T. Selective deposition of carbon nanowalls and investigation oftheir emission properties //24th International Vacuum Nanoelectronics Conference2011 «IVNC 2011». - Wuppertal: 2011, P2-15, Pp. 168-269.[B2] Evlashin S., Borisov V., Pilevskii A., Stepanov A., Suetin N., Rakhimov A.Selective deposition of carbon nanowalls and investigation of their emissionproperties //IEEE CONFERENCE PUBLICATIONS.

- 2011. - Pp. 129-130.[B3] Evlashin S, Mankelevich Y., Pilevskii A., Borisov V., Shevnin P., Stepanov A.,Suetin N., Rakhimov A. Investigation of nucleation and field emission characteristicsof carbon nanowalls grown on porous silicon //International Conference «Micro- andnanoelectronics -ICMNE 2012». - Звенигород: 2012. - 18, O3-23, Pp. 17.[B4] Mironovich K.V., Krivchenko V.A., Voronin P.V., Evlashin S.A. Secondarynucleation on nanostructured carbon films grown in the plasma of direct current glowdischarge //International Conference Advanced Carbon Nanostructures 2013. Санкт-Петербург: 2013. - 5, P5.20, Pp.

224.21Список цитируемой литературы[1] Wu Y., Qiao P., Chong T.,Shen Z. Carbon nanowalls grown by microwave plasmaenhanced chemical vapor deposition //Advanced Materials. – 2002. – Vol. 14. – №. 1.– Pp. 64-67.[2] Hiramatsu M., Hori M. Carbon nanowalls: synthesis and emerging applications. Springer, 2010.[3] Wu Z. S., Pei S., Ren W., Tang D., Gao L. et al.

Field emission of single‐ layergraphene films prepared by electrophoretic deposition //Advanced Materials. – 2009.– Vol. 21. – №. 17. – Pp. 1756-1760.[4] Krivchenko V. A., Itkis D. M., Evlashin S. A., Semenenko D. A., Goodilin E. A. etal. Carbon nanowalls decorated with silicon for lithium-ion batteries //Carbon. –2012. – Vol. 50. – №.