Физические свойства углеродных наноматериалов и легированных синтетических монокристаллов алмаза (1097954), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Экспериментальныйобразец,вырезанныйизсинтетического монокристаллаалмазатипаIIb,сэлектрическими выводами дляизмерения эффекта Холла.Рис. 19. Проводимость образцасинтетическогомонокристаллаалмаза типа IIb с концентрациейбора ~1020 см-3при низкихтемпературах до отжига (1) и послеотжига (2) при Р=5,5 ГПа, Т= 2200К.Разработанная измерительная схема позволяет выделять отдельныевсплески температуры малой амплитуды на фоне средней тенденцииизменения температуры в различных системах.
Такие датчики могутбыть использованы в системах контроля потоков газов и жидкостейвысокого давления и температуры, в том числе агрессивных ирадиоактивных, для управления нестационарными потоками ипредупреждения аварийных ситуаций.a)б)Рис. 20. Температурная (а) и временная (б) зависимости сопротивлениятермисторов, изготовленных из синтетических монокристаллов алмазов сразной концентрацией бора.33В Главе 8 описываются результаты исследований электрическихсвойств и электролюминесценции p-n переходов и p-i-n структур,изготовленных методом ионной имплантации бора, фосфора и мышьякав синтетические монокристаллы алмазов типа IIb и IIa.
Параметрыимплантации указаны в таблице 5.Таблица 5. Глубина имплантации, тип примеси, энергия и дозаимплантации в синтетические монокристаллы алмаза типа IIa и IIb.Глубиназалегания,мкмПримесьЭнергияимплантации,keVДоза облучения,см-20,10,120,15As+P+B+1801801001·10161·10161,3·1016Исследованы вольт-амперные характеристикиэлектролюминесценции полученных структур (Рис.
21).а)в)испектрыб)г)Рис. 21. Вид пластины синтетического монокристалла алмаза типа IIb,имплантированной ионами B+, P+, As+ (а), как указано на схеме (б); вольтамперные характеристики для областей легированных Р и As (в) и спектрыэлектролюминесценции в области, легированной фосфором (г).34В спектрах электролюминесценции при прямом прохождении токанаблюдаются характерные полосы рекомбинации экситонов в области238 нм, а при плотности тока более 100 Асм-2 впервые наблюдалисьполосы суперлюминесценции на длинах волн 325 и 340 нм.Заключение и выводыЦельюработыявлялосьполучениеновыхуглеродныхнаноматериалов и композитов на их основе, исследование ихфизических свойств, а также исследование физических свойствлегированных синтетических монокристаллов алмазов для созданияпрототипов изделий электроники и приборостроения с расширеннымиобластями применения.Для достижения этой цели были разработаны, созданы ииспользованыновыеустановкииметодикиисследованиянаноуглеродных материалов под давлением до 35 ГПа с приложениемсдвиговых деформаций и с нагревом до 2300 К; методика гидрированияфуллереновых пленок моноатомным водородом в установке тлеющегоразряда; методика количественной оценки соотношения sp2 и sp3межатомных связей в углеродных материалах на основаниирентгеновскойфотоэлектроннойспектроскопии.Исследованияпроводились с использованием высокоточного измерительногооборудования.
Выполнено теоретическое моделирование и разработаныкомпьютерные методики анализа структурных фазовых превращений валмазных камерах высокого давления.Впервые получены новые углеродные наноматериалы в виде 3Dполимеров фуллеренов С60, С70 и эндофуллерена La@C82,слаболегированного гидрофуллерена С60:Н и димеров на его основе, атакже композиционные материалы Bi2Te3 ; Bi0,5Sb1,5Te3 и MgB2 сфуллереном С60 и исследованы их упруго-механические, электрические,тепловые, магнитные свойства и оптические спектры.Изготовлены автокатоды на основе углерод-азотных нановолокон награфитовой подложке, с концентрацией азота до 13% и исследованы ихавтоэмиссионные свойства.Методом спекания под давлением впервые изготовлены иисследованысверхпроводящиесверхтвердыекомпозиционныематериалы на основе фуллерена С60 и синтетических порошковыхалмазов со сверхпроводящими металлами, сплавами и MgB2.Исследованыэлектрическиесвойствасинтетическихмонокристаллов алмазов, сильнолегированных бором в процессе роста35при статическом давлении методом температурного градиента назатравке, а также датчиков температуры на их основе.Методом ионного легирования синтетических монокристалловалмазов типа IIa и IIb ионами бора, фосфора и мышьяка изготовлены p-nпереходы и p-i-n структуры на основе алмаза и исследованы их вольтамперные характеристики и спектры электролюминесценции.Полученныерезультатыпозволилиприменитьновыенаноуглеродные материалы, композиты на их основе и легированныемонокристаллы алмазов в элементах электроники, в частности, вбыстродействующих радиационно-стойких высоко-чувствительныхдатчиках температуры для диапазона(-196) (+500)оС, вэлектропроводящих зондах для атомно-силовых сканирующихмикроскопов-нанотвердомеров, в электролюминесцентных лампах,работоспособных в диапазоне температур (-196)(+150)оС, ввысокоэффективныхтермоэлектрическихпреобразователях,висточниках УФ-излучения и других устройствах.Основными результатами работы являются:1.
Разработана, изготовлена и применена автоматизированнаяоптическая установка со сдвиговой алмазной камерой высокого давлениядля измерения распределения давления по площади исследуемых объектовметодом анализа спектров фотолюминесценции маркерных частиц рубинапри возбуждении фокусированным лазерным лучом. Установка позволяетисследовать перемещение вещества в камере при изменении нагрузки исдвиговых деформациях. Это позволило получить качественно новуюинформацию о физических процессах в твердых телах под давлением.2. Впервые аналитически решена задача распределения давления втонком цилиндрическом слое (диске), сжимаемом наковальнями скруглыми плоскопараллельными площадками, в условиях структурногофазового перехода в материале диска с учетом скачкообразногоизменения объема при фазовом переходе и пластического течениявещества.
Показано, что активация фазового перехода в областиметастабильного состояния под воздействием сдвиговых деформацийили повышения температуры стимулирует пластическое течениевеществавобластиграницыфаз,атакжеразвиваетсамомультипликацию или демультипликацию давления в зависимостиот соотношения упругих и пластических свойств фаз и величины скачкаобъема при фазовом переходе.363. Впервые получены и исследованы метастабильные 2D- и 3Dполимеризованные фазы фуллерена С70, построена реакционная Р,Тдиаграмма синтеза в области давлений до 15 ГПа и температур до1870К.4.
Впервые обнаружено, что неалмазная углеродная фаза, полученнаяиз фуллерена С60 при давлении 20 ГПа в условиях больших сдвиговыхдеформаций, осуществляет пластическую деформацию поверхности(001) алмазной наковальни в сдвиговой алмазной камере высокогодавления. Предел текучести полученного из С60 нового углеродногонаноматериала превышает значение предела текучести алмаза при P>20ГПа.5.
Впервые установлено, что скорости продольных упругих волн всверхтвердых и ультратвердых фуллеритах на основе С60 и С70варьируются в диапазоне 8,6 26 км/с, а сдвиговых - в диапазоне 6.8 12.0 км/с в зависимости от конкретной структуры материала. Удельныйвес варьируется в диапазоне 2.2 3.3 г см-3..6. Впервые установлено, что спектры фотолюминесценциифуллеритов, полученных обработкой С60 высоким давлением 13-15 ГПаи температурой 820 - 1870оС, характеризуются уширенной полосой смаксимумом в области 730-700 нм, а также дополнительными полосамив ИК области =1200-2300 нм при возбуждении He-Ne лазером с длинойволны 632 нм.
Наличие характерной для молекул фуллерена полосы =700 нм свидетельствует о сохранении кластеров С60 в структуреполученных фуллеритов.7. Впервые измерена величина энергии активации носителей заряда вполупроводниковых фуллеритах, полученных обработкой фуллереновС60 и С70 при Р=12-15 ГПа; Т=670-1800К. Величина Ea = 0,05-0,3 эВ взависимости от структуры полученных материалов.8. Впервые исследована деполимеризация кристаллических 3Dполимеров С60 и 2D-полимеров С70 при нагреве. Методомдифференциальной сканирующей калориметрии измерен тепловойэффект деполимеризации в диапазоне 340-640 К и определена энергиядеполимеризации: E = (4.7 0.6) эВ/C60 и (3.5 0.4) эВ/C70, чтосоответствует предложенным моделям структуры этих фаз.Установлено, что разупорядоченные 3D-полимеризованные структурыС60 и С70, полученные при температурах синтеза более 970 К придавлениях 9.5-13 ГПа, стабильны в области температур до 640К.37Величина удельной теплоемкости ср при Т = 350К равна 0.760.88 Дж·г-1К-1, в зависимости от конкретной структуры материала.9.
Разработана методика и впервые получены слабогидрированныетонкие пленки фуллерена С60:Н, исследована их структура иполимеризация под воздействием лазерного излучения. В отличие отисходного диамагнитного С60, некоторые структуры С60:Н являютсяпарамагнитными. Обнаружено, что полимеризация соединений С60:Нобратима.10. Впервые обнаружена полимеризация эндофуллерена La@C82 поддавлением 9,5 ГПа в диапазоне 520-720 К с изменением удельного весаот 1,84 до 2,67 г/см3 и твердостью плотной фазы 305 ГПа. Порезультатам исследования магнитной восприимчивости в диапазоне 4,2300 К установлен рост на 15% концентрации неспаренных электроновпо сравнению с исходным La@C82 при T < 50 K.11. Впервые обнаружены эффекты резонансного увеличенияконцентрации дырок и уменьшения концентрации электронов привведении 0.2 - 6 об.
% фуллерена С60 в наноструктурированныетермоэлектрические сплавы Bi2Te3 и Bi0,5Sb1,5Te3. При резонансныхзначениях концентрации С60 около 0,5 и 1,5 об. % наблюдаются илокальные минимумы Холловской подвижности носителей заряда.Данный эффект приводит к резонансному снижению проводимостисплава n-типа, и наоборот, к резонансному увеличению проводимостисплаваp-типа,чтоповышаеткоэффициенткачестватермоэлектрических сплавов на 20-30%.12. Разработаны и изготовлены автоэмиссионные катоды из углеродазотных нановолокон на графитовой подложке, исследованы их вольтамперные характеристики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
