Диссертация (1103201), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Есть болеепростые методы, которые заключаются в том, что исследуемое вещество«насыпают» на медную сетку для микроскопии, см. рис. 2.5 а), или разводят вжидкости, а затем наносят на сетку и сушат. Но применительно к нашимструктурам данные методы не пригодны. При скрабировании образца меднойсеткой на ее поверхности остается мало вещества, и оно частичнодеформируется и ломается. На поверхности сетки оказываются случайныеребра, и этот метод не позволяет анализировать определенные участки образца.31Рисунок 2.5.
а) СЭМ изображение типичной медной сетки, которая используется для анализаобразцов, б) СЭМ изображение разработанной нами сетки с углеродными наностенками, в)д) ПЭМ изображения углеродных наностенок.Для изучения образцов на ПЭМ была разработана новая технологияподготовки образцов, см. рис. 2.5 б). Так как углеродные наностенки могут бытьвыращены на любой поверхности, мы использовали нержавеющую стальтолщиной ~ 80 мкм. В данном материале делались отверстия диаметром ~300мкм с помощью лазерного пучка. После данной процедуры на образцах былсделан механический посев, описанный выше. Углеродные наностенки росли навсей поверхности, а на границе отверстий они располагались в плоскостиобразца, что позволяло фокусировать пучок ПЭМ на отдельных углеродныхлистах и исследовать более детально всю структуру таких листов. На рисунке2.5 в) показано изображение отдельного листа.
Из этой картинки видно, что32лист состоит из графеновых слоев, расстояние между которыми 0.34 нм. Наследующей картинке, см. рис. 2.5 г), показан углеродный лист, у которогопостепенно меняется толщина; количество слоев отмечено маркерами. Напоследнем рис 2.5 д) показан лист перпендикулярно пучку ПЭМ; при этомсделано увеличение области, где отчетливо видно, что это слои графена имеютAB-ABсоединение.Даннаяметодикапомогаетопределитьструктуруполучаемых пленок и исследовать материалы на их поверхности, например,частицы молибдена (рис. 2.5 д)).2.6 Рамановская спектроскопияРамановскаяспектроскопияявляетсяэффективнойметодикойдляопределения структурных свойства различных кристаллов, в том числе иразличных аллотропных форм углерода.
Рамановская спектроскопия вуглеродных структурах чувствительна к количеству углеродных листов, кграницам структур, к разориентации графитовых слоев и количеству примесей.Рисунок 2.6 Типичный Рамановский спектр углеродных наностенок.В спектрах углеродных наностенок можно выделить три основных пика,33расположенных в районе 1350, 1582, 2710 см-1[39]. Пик в районе 1350 см-1называется D модой (Disorder).
Он появляется в первом порядке процессарассеяния и обычно связан с вакансиями, границами зерен, дефектами и т. п.,которыеснижаютстепенькристаллическойсимметрии.Вслучаевысокоориентированного графита (HOPG) D пик полностью пропадает. Второйпик в районе 1582 см-1 называется G мода (Graphitization) и показывает степеньграфитизации. Иногда рядом с G пиком может располагаться D' пик (~1620 см1).
Данный пик связан с конечными размерами графитовых кристаллов и сналичием границ в углеродных наностенках. Последний пик в районе 2710 см -1является вторым порядком D пика, который также присутствует в HOPG.Анализируя данные пики, можно получить важную информацию о самомвеществе. По отношению интенсивностей D и G пика, ID/IG, можно определитьразмер кристаллической фазы, так отношение ID/IG уменьшается с увеличениемразмером кристаллической фазы. Разориентация в графитовых листах можетбыть определена из полуширин G пика WG и отношения ID/IG. Для HOPG WGсоставляет 14.3 см-1 и ID/IG =0 [39]. Оба эти значения увеличиваются сувеличением разупорядоченности. Небольшое значение в пленках WG говорит овысокой степени графитизации. Чем меньше данное значение, тем большестепень графитизации.
Размер кристаллитов может быть определен сиспользованием эмпирической формулы L=(2.4*10-10)*λ4/(ID/IG) [40]. Толщинауглеродных листов может быть охарактеризована отношением I2D/IG. Данноеотношение для всех пленок остается практически неизменным. Это говорит отом, что все листы имеют в среднем одинаковую толщину, но разный размеркристаллической фазы.По положению и форме пика 2D можно определить количествографеновых слоев если их количество не превышает 5.
При увеличении числаслоев, графен становится похож на графит и достаточно тяжело определитьколичество слоев [41]. В то же время с увеличением количества слоев G пиксмещается в область уменьшения частот [42], и интенсивность пика линейно34изменяется с увеличением количества слоев от 1 до 10 [43]. Также по этому пикуможно определить упаковку графеновых слоев: ABA или ABC [44]. Полуширинарамановского пика для упаковки ABA будет шире, чем полуширина для слоевABC.Данная методика дает достаточно полную информацию об углеродныхматериалах и часто используется для описания графеноподобных структур,позволяет определить параметры углерода, степень дефектности, размеркристаллитов, наличие других аллотропных форм углерода.
Другие методыанализа структур будут описаны в следующих главах.2.7 Практическое применение углеродных наностенокИз описанных характеристик углеродных наностенок видно, что ониобладают целым рядом уникальных свойств, среди которых большая удельнаяповерхность, гидрофобность и стабильность к попаданию влаги, химическаяинертность, простота получения, возможность роста на различных подложках ит. д. На базе этих свойств может быть реализован целый набор различныхэлектронных приборов. Возможное практическое применение углеродныхнаностенок хорошо показано в работе [6] и представлено на рисунке 2.7.35Рисунок 2.7 Практическое применение углеродных наностенок [6].Такие структуры за счет своей разветвленной поверхности могут найтиприменение в качестве полевых эмиттеров, основы для катализаторов(например, в топливных элементах), основы для осаждения других материалов,суперконденсаторов, теплоотводов и т.
д. Более широкий спектр примененияуглеродных наностенок представлен на рисунке 2.7. Нами было показано, чтотакие структуры обладают уникальными оптическими свойствами [5, 28].Также они использоваться в качестве основы для нанесения других материалов[10, 27] и электронных эмиттеров [9, 11]. В частности, в работе [10] былреализован анод для тонкопленочной литий-ионной батареи с уникальнымиемкостнымихарактеристиками.Наиболееинтереснымиприменениямиявляются применение углеродных наностенок в качестве полевых эмиттеров иантиотражающих покрытий для различных приборов, в связи с уникальнойморфологией структур. В диссертации рассматриваются последние дванаправления.362.8 Выводы к Главе 2Как и другие углеродные материалы, углеродные наностенки могут бытьохарактеризованы большим количеством методов. Наиболее информативными инаиболееиспользуемымиявляетсясканирующаяипросвечивающаяэлектронная микроскопия, рамановская спектроскопия.
Углеродные наностенкина планарной подложке не могут быть напрямую исследованы с помощьюпросвечивающей электронной микроскопии. Для анализа пленок на ПЭМ былразработанметодсинтезауглеродныхнаностенокнаспециальноподготовленных сетках. Такая методика позволяет исследовать свойстваструктур без повреждения их структуры.
Также разработан метод отделенияпленок с никелевых и кремниевых подложек для дальнейшего анализа.37ГЛАВА 3 ЭМИССИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛЕНОК,ПОЛУЧЕННЫХ НА РАЗЛИЧНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ И ПРИРАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ СИНТЕЗА3.1 Обзор литературы о существующих эмиссионных структур3.1.1 Механизмы электронной эмиссииЭмиссия электронов нашла свое применение в различных приборах иустройствах, среди которых источники электронов для электронных пушек,литографов, дисплеи с полевой эмиссией, катоды для рентгеновских источникови т.
д. Существуют различные виды электронной эмиссии, среди которых:термоэлектроннаяэмиссия—подданнымпроцессомпонимаютиспускание электронов нагретыми телами, при этом источником испусканияэлектронов является тепловая энергия кристаллической решетки;фотоэлектронная эмиссия — испускание электронов при облучениисветом, в данном случае источником энергии испускаемых электронов являетсяэнергия электромагнитной волны;вторичнаяэлектроннаяэмиссиявозникаетприоблучениителаэлектронным пучком, при этом вторичные электроны берут свою энергию изкинетической энергии первичных электронов, движущихся в теле;эмиссия горячих электронов — под данным процессом понимаютиспускание электронов полупроводниками в электрическом поле;полеваяэмиссия—процесстуннелированияэлектроновчерезпотенциальный барьер во внешнем электрическом поле.Существуют и другие, более сложные, механизмы электронной эмиссиикоторые могут объединять в себе различные эмиссионные процессы.
В даннойдиссертации изучается полевая эмиссия электронов с углеродных наностенок.Полеваяэмиссия,илиавтоэлектроннаяэтоиспусканиеэлектронов твердыми и жидкими телами под воздействиемвнешнего38эмиссия,электрического поля. При этом испускание электронов происходит бездополнительных затрат энергии на нагрев. При таком испускании электроновнаблюдается туннелирование электронов через потенциальный барьер. Поддействием электрического поля наблюдается искривление потенциальногобарьера, что и приводит к возможности туннелирование электронов черезпотенциальный барьер. По сравнению с другими типами эмиссии, полеваяэмиссия выглядит наиболее привлекательной для использования в электронныхприборах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
