Автореферат (Электронное строение нанокомпозитов на основе низкоразмерных углеродных наноструктур), страница 2

В частности, при внедренииматериалов с работой выхода электрона, равной работе выхода ОСНТ, этопозволяет формировать квази-свободные одномерные кристаллы различныхсоединений. Возможность направленного изменения электронной структурыОСНТ в совокупности с возможностью направленной локальной деинтеркаляциикристалла из внутреннего канала под действием электронного пучка позволяетсоздать p-n-переход внутри единичной нанотрубки, таким образом, обеспечивминимальное сечение канала для дизайна полупроводниковых устройствнаноэлектроники.3.Предложенный и осуществленный в работе синтез эпитаксиального графена нагермании позволяет сформировать монослой квази-свободного графена наполупроводнике, что открывает возможности использования высококачественного эпитаксиального графена для массового изготовления электронныхустройств, совместимых со стандартной кремниевой технологией.Результаты, изложенные в настоящей работе, использованы при разработке задачспециализированного практикума по исследованию неорганических веществ иматериалов для магистрантов Химического факультета и Факультета наук о материалахМГУ им.

М.В. Ломоносова и специализированного практикума по диагностикематериалов для магистрантов Факультета наук о материалах МГУ им. М.В.Ломоносова.Публикации и апробация работыМатериалы диссертационной работы опубликованы в 13 работах, в том числе в4 статьях зарубежных журналов и в 9 тезисах докладов на всероссийских имеждународных конференциях.Результаты работы были представлены на конференции “Российскаяконференция по электронной микроскопии 2012” (Черноголовка, Россия), Annual WorldConference on Carbon 2013 (Рио де Жанейро, Бразилия), 18th Microscopy ofSemiconducting Materials Conference 2013 (Оксфорд, Великобритания), XII InternationalConference on Nanostructured Materials 2014 (Москва, Россия), The 16th InternationalConference on the Science and Application of Nanotubes 2015 (Нагойя, Япония), 16thInternational Conference X-ray Absorbtion Fine Structure 2015 (Карлсруэ, Германия),GraphITA 2015 (Болонья, Италия).Личный вклад автораВ основу диссертации положены результаты научных исследований, проведенныхнепосредственно автором в период 2012–2015 гг.

Работа выполнена в Московскомгосударственном университете имени М.В.Ломоносова на кафедре наноматериаловфакультета наук о материалах. Часть экспериментальных данных была получена вцентрах синхротронного излучения BESSY II (Берлин, Германия) и SLS PSI (Цюрих,Швейцария), НИЦ “Курчатовский Интститут” при участии к.х.н.

А.А. Елисеева,Е. Клейменова, к.ф.-м.н. Я.В. Зубавичуса, А.В. Федорова, к.х.н. Л.В. Яшиной, Prof. Dr.A. Grüneis. Теоретическое исследование методом DFT было выполнено совместно ск.х.н. А.А. Волыховым. Исследование структуры нанокомпозитов на основе ОСНТбыло выполнено совместно с д.б.н. Н.А. Киселевым, к.ф.-м.н. А.С. Кумсковым, В.Г.Жигалиной, Dr. A.V. Chuvilin, к.ф.-м.н. А.Л. Васильевым, Prof. Dr. Jeremy Sloan, Prof.Dr.

John Hutchison. При этом автор принимал непосредственное участие в подготовке ипроведении измерений, а также обрабатывал экспериментальные данные. В6выполнении отдельных разделов работы принимали участие студенты Н.С. Фалалеев(Факультет наук о материалах МГУ) и И.И. Вербицкий (Химический факультет МГУ).Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальныхисследований(грант№12-03-01149-а),МинобрнаукиРФ(соглашение№ 14.585.21.0004) и Российского научного фонда (грант № 14-13-00747).Объем и структура работыДиссертационная работа изложена на 121 странице машинописного текста,иллюстрирована 55 рисунками и 17 таблицами.

Список цитируемой литературысодержит 160 ссылкок. Работа состоит из трех глав (обзор литературы,экспериментальная часть, результаты и их обсуждение), выводов и списка цитируемойлитературы.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ1. ВведениеВо введении обоснована актуальность темысформулирована цель, показана научная новизна иисследования.представленной работы,практическая значимость2. Обзор литературыАналитический обзор литературы по теме диссертации включает в себя дваосновных раздела. Первый раздел посвящен одностенным углеродным нанотрубкам, ихструктуре и электронным свойствам.

В нем также рассматриваются различные методыполучения нанокомпозитов на основе углеродных нанотрубок путем заполнения ихвнутренних каналов. Приводятся различные способы заполнения внутренних каналовнанотрубок, такие как заполнение в процессе роста, а также ex-situ заполнение каналовсинтезированных ОСНТ. Рассмотрены преимущества и недостатки заполнения ОСНТ изгазовой и из жидкой фазы, растворов и расплавов. Также в этом разделе приведеныпримеры направленного синтеза нанокристаллов во внутренних каналах ОСНТ путемпроведения химических реакций, введения функциональных групп в структуру ОСНТ идекорирования нанотрубок.

Помимо различных методов синтеза заполненныхуглеродных нанотрубок в данном разделе освещаются структура и свойствананокомпозитов типа 1D кристалл@ОСНТ, рассматриваются такие аспекты, какакцепторное и донорное допирование ОСНТ, создание p-n переходов во внутреннихканалах ОСНТ, а также локальные взаимодействия между допантами и углеродныминанотрубками в составе нанокомпозита.Второй раздел обзора литературы посвящен эпитаксиальному графену наразличных подложках.

В этом разделе затрагиваются такие аспекты, как электроннаяструктура квази-свободного графена, а также влияние подложки на уникальныесвойства двумерного электронного газа графена. В этом разделе также рассмотреныспособы допирования графена и возможности создания квази-свободногоэпитаксиального графена на полупроводниковых подложках.73. Экспериментальная частьВ экспериментальной части описаны использованные в работе материалы,оборудование, а также методы синтеза и последующей модификации низкоразмерныхуглеродных наноструктур. Описаны использованные способы получения исходныхматериалов: ОСНТ различного диаметра и эпитаксиального графена, а также ихмодификации: заполнения внутренних каналов и интеркаляции, соответственно.

В этойчасти диссертации подробно описаны все использованные для исследования структурыи электронных свойств нанокомпозитов методы.Синтез нанокомпозитов на основе ОСНТ.Одностенные углеродные нанотрубки были получены методами электродуговогоиспарения графита (D= 1.3-1.6 нм), а также каталитического осаждения из газовой фазы,причем последний позволил получить трубки большего диаметра (D= 1.6-2.0 нм).Нанокомпозиты на основе ОСНТ были получены методом капиллярного заполнения израсплава внедряемого соединения.

Для его осуществления на первой стадии синтезаОСНТ подвергались отжигу в токе сухого воздуха, что приводило к удалениюзамыкающих полусфер с концов нанотрубок и открытию их внутренних каналов. Затемоткрытые трубки смешивали с внедряемым соединением, смесь откачивали и запаивалив кварцевой ампуле. В ходе последующего отжига и контролируемого охлажденияпроисходило заполнение внутреннего канала ОСНТ расплавом внедряемого соединенияи его последующая кристаллизация, что приводило к формированию квази-одномерногокристалла во внутреннем канале ОСНТ.Синтез нанокомпозитов на основе эпитаксиального графена.Образцы графена были получены методом химического осаждения из газовойфазы на монокристаллическую пленку Ni(111), сформированную методом молекулярнолучевой эпитаксии на монокристалле W(110).

Очистку поверхности монокристаллаW(110) осуществляли в несколько циклов последовательного отжига кристалла ватмосфере кислорода и кратковременного отжига в сверхвысоковакуумных условиях.На монокристалл напыляли слой Ni толщиной 10 нм и отжигали при температуре 500 °Cдля формирования эпитакcиальной пленки Ni(111)/ W(110). Нагрев пленки в атмосферепропилена приводил к формированию монослоя графена. Для уменьшения связиграфенового листа с подложкой проводилась интеркаляция золота путем напылениямонослоя Au на поверхность графена и последующего кратковременного отжига, чтопозволило сформировать образцы со структурой графен/Au(111)/Ni(111)/W(110).Электронную структуру полученного квази-свободного графена модифицировали путемнапыления пленки CuBr на поверхность, что приводило к акцепторному допированиюграфена.Для интеркаляции германия под графен использовали аналогичный подход,реализованный напылением 7 Å Ge с последующим кратковременным отжигом при 450°C.Методы исследования.В работе использован широкий круг аналитических методов, направленных наизучение:1.структуры нанокомпозитов на основе ОСНТ и графена: капиллярнаяконденсация азота при 77K, просвечивающая электронная микроскопия высокогоразрешения, локальный рентгеноспектральный микроанализ, рентгеновскаяспектроскопия поглощения, дифракция медленных электронов;2.электронного строения нанокомпозитов: тонкая структура края рентгеновскогопоглощения, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, КР-спектроскопия;83.зонной структуры нанокомпозитов: спектроскопия оптического поглощения, КРспектроскопияприэлектрохимическомзаряжении,рентгеновскаяфотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением.4.