отзыв вед.орг (Исследование оптических и автоэмиссионых свойств углеродных наностенок)

"УТВЕРЖДАЮ" ей изики .А. ОТЗЫВ ВЕДУЩЕЙ ОРГАНИЗАЦИИ на диссерпщионную работу Евлашнна Станислава Александровича кИеследвванне ентнчееннх н автоэмиеснениык свойств углеродных нанестепенэ, представленную на соискание ученой степени кандидата физию-математических наук по специальности 01.04.04 (физическая электроника). Диссертационная работа посвящена исследованию свойств углеродных наностенок и возможности их применения в различных электронных устройствах, В работе исследуются автоэмисснонные и оптические свойства данных структур. Актуальность темы Актуальность проводимых исследований обусловлена высоким интересом к углероду и различным его модификациям. Углеродные структуры демонстрируют уникальные термические, оптические, электронные свойства и находят применение в различных электронных устройствах: транзисторах, химических элементах, в качестве теплоотводов, защитных покрытий.

В последнее десятилетие внимание ученых привлекает получение и изучение свойств нового углеродного материала - графена, который представляет собой монослой атомов углерода. Графен проявляет уникальные физические свойства, и разнообразные структуры на основе графена являются предметом все большего количества научных работ, что создает широкое перспективы для применения графеновых структур в различных приложениях,. В данной диссертационной работе исследуются специфические структуры на основе графена— углеродные наностенки, которые состоят, как правило, из графеновых листов, расположенных практически перпендикулярно поверхности подложки и нз углеродных нанотрубок. На сегодняшний день далеко не все свойства углеродных наностенок достаточно подробно изучены, в том числе нх характеристики как автоэмнттеров и оптических элементов.

Более того, углеродные наностенки характеризуются большой удельной поверхностью, что дает дополнительные возможности для использования сгруктур из углеродных наностенок в качестве, например, подложек для катализаторов. Таким образом, можно констатировать, что в диссертации представлено исследование по актуальной теме и продемонстрирован ряд уникальных свойств структур из углеродных наностенок. В диссертационной работе углеродные наностенки были получены с помощью плазмохимического осаждения в разряде постоянного тока. В качестве рабочих газов использовалась смесь метана и водорода. Такой метод синтеза является достаточно простым и обеспечивает хорошую повторяемосп результатов.

Исследования были развиты по двум основным направлениям: (1) особенности роста углеродных наностенок на поверхности пористого кремния, в том числе влияние температуры синтеза углеродных наностенок на структурные и автозмиссионные свойства сформированных покрытий; (11) оптические свойства покрытиий на основе углеродных наностенок в широком диапазоне длин волн. Основные научные результаты и новизна К таайиае значимым научным результатам райннм следует отнести следующие. Показано, что пористый кремний, полученный с помощью фотоэлектрохимического травления, может использоваться в качестве подложек для роста углеродных наностенок. Характерно, что для роста углеродных наностенок в этом случае не требуется дополнительная обработка поверхности.

Установлено, что структура пористого кремния в значительной мере зависит от режимов травления кремния, Так, увеличение времени травления вызывает изменения в морфологии приповерхностного слоя и приводит к повышению плотности центров нуклеации. Как результат, на образцах углеродных наностенок наблюдается снижение порогового поля автоэмиссии с б В/мкм до 3 В/мкм и увеличение плотности тока эмиссии до рекордных значений - б А/см . Показано, что увеличение температуры синтеза пленок приз водит к увеличению средних размеров углеродных ианостенок и углеродных нанотрубок на 6.3 нм/'С н 11 нм/'С, соответственно. Исходя из анализа кривых Фаулера — Норзтейма, зто приводит к увеличению суммарной площади эмиссионных центров.

Произведено измерение временной стабильности структур, что с практической точки зрения важно для использования в реальных приборах, таких как рентгеновские трубки, дисплеи, и др. Показано, что в первые несколько часов происходит падение напряжения на 18 В/ч, при фиксированном токе катода. При испытаниях более 750 минут„падение напряжения стабилизируется на уровне 7,5 В/ч. Был предложен и исследован новый многостаднйный рост углеродных наностенок, который позволяет растить структуры с заданной плотностью и создавать композитный материал на нх основе.

Проведено исследование влияния процессов синтеза (давления, температуры, концентрации газа) на структурные свойства получаемого материала. Так, было обнаружено, что, изменяя параметры синтеза, можно добиться вторичной нуклеации на поверхности углеродных наностенок, что оказывает существенной влияние на оптические свойства зтнх структур. В диссертации исследованы оптические свойства углеродных ианостенок в широком диапазоне длин волн от 0.4 до 200 мкм. Показано, что углеродные наностенки толщиной несколько микрон обладают рекордным поглощением и низким отражением в видимом диапазоне длин волн н не уступают лучшим существующим покрьпням, По результатам исследований, установлено, что углеродные наностенки обладают уникальными оптическими свойствами в видимом диапазоне длин волн. Поглощение структур в этом диапазоне - 99%, а отражение не превышает 1%.

Поглощение данных структур в диапазоне длин волн 1,3 - 20 мкм составлжт более 90%. Автором выдвинута идея, что на оптические свойства структур могут оказывать влияние два различных фактора: особенность морфологии и степень дефектность пленки. Для того, чтобы установить доминирующий фактор, был проведен дополнительный эксперимент по бомбардировке материала ионами гелия.

Данное исследование позволило выявить, что степень дефектности пленки оказывает незначительный вклад в оптические характеристики. Таким образом, получены экспериментальные свидетельства, что оптические характеристики данных покрытий в большей степени определяются их морфологией. Достоверность экспериментальных результатов и выводов Дйц~2в~дносгь результатов диссертации обеспечивается тщательностью постановки экспериментов, воспроизводимостью результатов, подтверждается теоретическими расчета- мн, а также отсутствием противоречия полученных данных с результатами других наиболее близких экспериментальных работ, полученных в ходе независимых испытаний другими на- учными группами. Практическая ценность рабетьа В работе представлен большой объем данных по синтезу углеродных ианостенок, мрактеристикам автоэлектронных эмнтгеров, которые способствуют практическому применению углеродных наностенок в эмиссионных устройствах.

В работе было показано новое возможное применение углеродных наностенок в каче- стае оптических покрытий для приборов видимого и ИК диапазонов. Офермленне диссертации Диссертация содержит введение, четыре главы, заключение н список использованной литературы. Текст диссертации изложен на 122 страницах, включающих 34 рисунка, 6 таблиц. Библиография включает 116 наименований. Первая глава описывает основные существующие методы синтеза углеродных наностенок. Приводится описание механизма формирования углеродных наностенок и графена н» различных поверхностях. Во второй главе представлена схема работы экспериментальной установки, произведено описание основных методов анализа углеродных материалов н, в частности, углеродных наностенок.

В главе также описана новая методика подготовки образцов для просвечивающей электронной микроскопии. Третьи глава состоит из трех частей. В первой части описывается современное состояние исследований в области автоэлектронной эмиссии, проводится сравнительный анализ существующих материалов н сравнение эмиссионных свойств. Во второй части описывается новый метод обработки поверхности кремния для роста углеродных ианостенок. Изучается влияние структурирования кремния на структурные и автоэмнссионные свойства.

В последней части исследуется влияние температуры синтеза углеродных наностенок на получаемые структурные и автозмиссионные свойсгва. Четвертая глава состоит из двух частей, В части приводится анализ последних научных достижений в области развития низкоотражающнх покрытий, также описаны оптические свойства углеродных материалов, таких как многостенные нанотрубки и графен. Во второй части проводится исследование оптических свойств углеродных наиостенок в широком диапазоне длин волн от 0.4 до 200 мкм. Так как углеродные наностенки располагаются на поверхности достаточно хаотично, то достаточно тяжело изучить влияние морфологии и толщины. Автором разработан многоступенчатый рост структур, который позволяет растить углеродные наностенкн разной толщины при сохранении плотности пленки.

Для создания структур разной морфологии были проведены эксперименты по синтезу углеродных наностенок прн разном давлении, температуре, концентрации газов. В заключении представлены основные результаты и выводы диссертационной рабо- ты. Публикации научных результатов Результаты диссертационной работы представлены в четырех высокорейтинговых журналах н трудах международных конференций. Звмечапии пв днсеертацивиней рабете 1. Представляет интерес исследование влияния концентрации раствора при электро- химическом травлении кремния на структурные свойства получаемого пористого материала, как подложки для синтез» углеродных стенок - эмиттеров электронов.