Диссертация (1103201), страница 2
Текст из файла (страница 2)
к. определяющимисвойствами будут обладать именно углеродные листы.Углеродные наностенки состоят, как правило, из графеновых листов,5расположенных практически перпендикулярно поверхности подложки и иногдаиз углеродных нанотрубок. Последние, как показано в диссертации, образуютсяв результате сворачивания углеродных листов. Среднее расстояние междуграфеновыми слоями внутри углеродных наностенок составляет 0.34 нм, чтосоответствует расстоянию между углеродными слоями в графите, а ширина ивысота таких структур варьируется от сотен нанометров до несколькомикрометров [5].
Такие структуры обладают большой площадью поверхности,являются химически инертными и электропроводящими, что делает ихперспективными в целом ряде практических применений, среди которых стоитотметить катоды для полевой эмиссии, подложки для различных катализаторов,оптические покрытия и другие.Как и другие углеродные материалы, углеродные наностенки могут бытьсинтезированы при помощи различных газофазных методов [6], а также сиспользованием диэлектрофореза [7]. Последний метод позволяет получатьструктуры на больших поверхностях.
В данной диссертации проводитсяисследование роста углеродных наностенок, осаждаемых методом газофазногосинтеза с плазмохимической активацией разрядом постоянного тока. Основныеэксперименты проведены для наиболее часто используемой смеси газов: метанаи водорода [5], хотя подобные структуры могут быть выращены сиспользованием других газофазных источников углерода. Используемый методв зарубежной литературе называется Direct Current Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition (DC PECVD).
Углеродные наностенки могут быть выращенына различных подложках, которые имеют температуру плавления выше 700 °С.В наших работах они были успешно синтезированы на поверхности кремния[8], кварце [5], пористом кремнии [9], никеле [10], стеклоуглероде [11], титане,нержавеющей стали и т.д.Благодаря своей структуре и топологии, углеродные наностенокиобладают уникальными свойствами, в том числе оптическими иавтоэмиссионными. Однако до сих пор не проводилось систематическогоисследования условий влияния синтеза структур на получаемые свойстваматериала.Цель работы состояла в исследовании влияния параметров осаждения наавтоэмиссионные иоптические свойства получаемыхуглеродныхнаноматериалов. Для достижения цели были решены следующие задачи:1.Для снижения порога автоэмиссии получаемых наноструктур был6предложен и разработан метод их осаждения на пористый кремний,полученный с помощью метода фотоэлектрохимического травления.2.Поскольку температура является одним из наиболее критическихпараметров синтеза, было проведено исследование влияния температурыосаждения на структурные и автоэмиссионные свойства синтезированныхструктур.3.Для определения оптических свойств углеродных наностенок былопроведено измерение их оптических характеристик в диапазоне 0.4 до 200 мкм.Измерения были проведены для пленок различной морфологии и толщины.Обоснованностьидостоверностьподтверждаетсямногократнымтестированиямисинтезированныхповторением,материаловполученныхрезультатоватакженезависимымивлабораторияхдругихинститутов, а также в других лабораториях МГУ.
В некоторых главахэкспериментальные результаты подкреплены теоретическими расчетами.Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:1.С целью снижения порога автоэлектронной эмиссии и увеличенияплотности автоэмиссионного тока впервые предложено использоватьповерхность пористого кремния в качестве подложки для осажденияуглеродных наностенок. Структуры пористого кремния создавались методомфотоэлектрохимического травления. Было показано, что параметры травленияоказывают существенное влияния на структурные и автоэмиссионные свойстваполученного материала.2.Впервые произведено исследование влияния температуры синтеза наавтоэмиссионные свойства получаемых структур.3.Впервые произведено исследование оптических свойств углеродныхнаностенок разной морфологии и толщины.4.Было достигнуто отражение от углеродных наностенок менее 1% ипоглощение более 99% в видимом диапазоне длин волн.
Поглощение вдиапазоне длин волн от 1.3 до 20 мкм составляет более 90%.5. Коэффициент отражения полученных углеродных наностенок не зависитот поляризации падающего излучения.Практическаязначимость.Созданные7автоэмиссионныекатоды,обладающие низким порогом эмиссии и высокой плотностью тока, могут бытьиспользованы в различных областях электронной техники, таких какрентгеновские трубки, СВЧ приборы, дисплеи и т.п.Исследование влияния температуры синтеза на эмиссионные свойстваструктур позволяет создавать структуры с заданными автоэмиссионнымисвойствами.Исследование оптических свойств углеродных наностенок будетспособствовать развитию новой области применения углеродных наностенок.Поглощение таких структур составляет более 99% в видимом и более 90% вближнем ИК диапазоне.
Такой материал может быть использован для созданияболометров, термографов и других устройств с низким коэффициентомотражения.Защищаемые положения.1.Варьируя параметры фотоэлектрохимического травления кремния можноуправлять количеством центров нуклеации при росте углеродных структур.2.Режимы фотоэлектрохимического травления кремния оказываютсущественное влияние на автоэмиссионные свойства получаемых структур.3.Температура поверхности подложки в процессе синтеза углеродныхнаностенок оказывает влияние на морфологию и автоэмиссионные свойстваполучаемых структур.4.Углеродные наностенки обладают уникальными оптическими свойствамив широком диапазоне длин волн.
На пленках толщиной в несколькомикрометров может быть достигнуто значение поглощения более 99% ввидимом диапазоне, а поглощение в диапазоне 1.3 – 20 мкм составляет более90%.5.Для управления плотностью и толщиной углеродных наностенок можетиспользоваться многостадийный рост.6.Дефекты графеновых слоев оказывают влияние на оптические свойстваполучаемого материала.Личный вклад автора. Автором был предложен и разработан методструктурирования кремния с последующим ростом нанокристаллическогографита на нем, изучено влияние обработки поверхности на структурные и8автоэмиссионные свойства получаемого материала.
Автором было произведеноэкспериментальное исследование влияние температуры синтеза на структурныеи автоэмиссионные свойства получаемых пленок. Авторомисследовалисьоптические свойства углеродных наностенок разной морфологии и толщины, ипроизведено исследование влияния дефектности структур на оптическиехарактеристики.Публикациирезультатовпредставленынамеждународныхконференциях и опубликованы в высокорейтинговых журналах.
Основныерезультаты диссертационной работы опубликованы в научных журналах:«Journal Vacuum Science and Technology B» (Vol. 30(2), 021801, 2012), «Journal ofMaterials Chemistry» (Vol. 22, pp. 16458-16464, 2012), «Scientific Reports(Nature)» (Vol.3, 3328, 2013), «Carbon» (Vol. 70, pp. 111-118, 2014).Также результаты исследований опубликованы в сборниках трудовконференций «24th International Vacuum Nanoelectronics» по результатам работынаписана публикация в «Conference IEEE CONFERENCE PUBLICATIONS» (pp.129-130, 2011), «International conference Micro- and nanoelectronics 2012», «TheInternational OSA Network of Students 2013»,«11th International ConferenceAdvanced Carbon Nanostructures», «Carbon 2014».Апробация результатов.
Результаты опубликованы в хорошо известныхпо данной теме журналах и представлены на международных конференциях,семинарах.Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения,четырех глав, заключения, благодарностей, списка использованной литературы.В первой главе рассматриваются основные, наиболее используемые,методысинтезауглеродныхнаностенок,описываютсямеханизмыихформирования на различных поверхностях.Во второй главе описываются основные методы обработки поверхностиобразцов перед ростом углеродных наностенок, приводится описание основныхметодов анализа образцов, используемых при исследовании углеродных9наностенок.Глава 3 состоит из трех частей. В первой части приводится обзорлитературысуществующихавтоэмиссионныхструктур,приводитсясравнительный анализ автоэмиссионных свойств.
Во второй части исследуютсяавтоэмиссионные свойства композитного материала на основе кремния иуглеродных наностенок, исследуется влияние температуры синтеза наавтоэмиссионные свойства. В данной главе продемонстрирован новый методобработки поверхности кремния перед ростом углеродных наностенок —фотоэлектрохимическое травление. Такая обработка поверхности позволяетсущественно увеличить площадь эмиссионной поверхности и уйти от эффектаэкранирования структур при автоэмиссионных испытаниях. Показано, чторежимы структурирования кремния оказывают существенное влияние наструктурные и автоэмиссионные свойства получаемого материала.
В последнейчастиГлавы3изученовлияниетемпературысинтезапленокнаавтоэмиссионные свойства получаемых структур.Глава 4 также состоит из нескольких частей. В первой части произведенобзор литературы по существующим покрытиям, которые обладают низкимкоэффициентом отражения. Во второй и третьей части впервые изученыоптические свойства углеродных наностенок в широком диапазоне длин волн от0.4 до 200 мкм. Произведено исследование влияния толщины и морфологииуглеродных наностенок на оптические свойства получаемых структур.В последней частиГлавы 4произведено исследование влияниедефектности пленки на оптические свойства.В Главе 4 продемонстрирован новый многоступенчатый механизм синтеза,который позволяет растить пленки с одинаковыми структурными свойствами иразной толщиной.В заключении представлены основные выводы диссертационной работы.10Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО МЕТОДАМ СИНТЕЗА УГЛЕРОДНЫХСТРУКТУР И ИХ ФОРМИРОВАНИЮ1.1 ВведениеКак для синтеза углеродных нанотрубок [1], синтетического алмаза [2] играфена [3], так и для роста углеродных наностенок могут использоватьсясамые различные плазмохимические методы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
