Металл из углерода

Металл из углерода

Учёные МФТИ вместе с иностранными коллегами объяснили металлический характер их электропроводимости. А перед этим они исследовали свойства углеродных нанотрубок  с помощью терагерцовой и инфракрасной спектроскопии в широком диапазоне температур - от -268?С до комнатной - и в не менее широком диапазоне длин волн падающего электромагнитного излучения от ультрафиолетового до терагерцового (длина волны порядка 0,1 мм).

Одностенная углеродная нанотрубка представляет собой свёрнутый в цилиндр лист графена. Лёгкие, прочные и устойчивые к действию высоких температур нанотрубки можно использовать как увеличивающую прочность материала добавку в композиты, а также в качестве основы для аэрозольных фильтров и электрохимических сенсоров. Кроме того, получаемые из них гибкие прозрачные пленки (двумерные сетки из пересекающихся  нанотрубок) могут служить суперконденсаторами  и прозрачными электродами  в так называемой «гибкой электронике» — электронных устройствах, которые можно сгибать, сворачивать и скручивать без страха испортить.

Авторы исследования сами синтезировали необходимые им для работы углеродные нанотрубки методом осаждения из аэрозоля. В реакторе, наполненном угарным газом (CO), происходит распад соединения железа — ферроцена — катализатора и прекурсора («затравки») реакции. На поверхности образовавшихся частиц СО распадается, и углеродные нанотрубки «растут». Такой метод позволяет  за 10 - 12 секунд получать трубки высокого качества, без примесей аморфного углерода и частиц катализатора. После чего нанотрубки осаждаются на нитроцеллюлозный фильтр, на котором, взаимно пересекаясь, образуют сплошную прозрачную плёнку. Сняв эту плёнку с фильтра, можно перенести её на любую подложку или же оставить свободной, зафиксированной на металлическом кольце диаметром порядка 1 см.

У получившихся плёнок учёные измерили широкодиапазонные спектры оптической проводимости (плёнки для «гибкой электроники» должны быть прозрачными) и диэлектрической проницаемости (хорошо передающими заряд) в большом диапазоне температур - от комнатных до гелиевых. Самыми интересными оказались данные из терагерцовой и дальней инфракрасной частей спектра.

Хотя все прежние исследования сообщали о ярко выраженном пике в терагерцовом спектре проводимости (в области от 0.4 ~ТГц до ~30 ТГц у разных авторских коллективов), в этом исследовании чётких признаков такого пика не наблюдалось. Авторы связали это с высоким качеством полученных ими плёнок.

Поскольку при исследовании методом спектроскопии с частотой излучения ниже 1000 см-1 оптические и диэлектрические характеристики пленок показали, что процесс переноса зарядов в них происходит, как у металлов, авторы использовали модель проводимости, разработанную Паулем Друде. Согласно этой модели, перенос зарядов в проводниках осуществляется свободными носителями, которые, подобно молекулам идеального газа, движутся между ионами решётки, рассеиваясь при её колебаниях, сталкиваясь с дефектами и примесями.

В этом случае помимо дефектов нанотрубки вклад вносили энергетические барьеры в местах пересечений нанотрубок друг с другом. Однако, как показал анализ, эти барьеры невелики, и позволяют электронам путешествовать практически по всей плёнке. На основе модели Друде авторам впервые удалось количественно определить температурные зависимости эффективных параметров носителей тока (концентрацию, подвижность, время и длину свободного пробега), определяющих электродинамические характеристики плёнок.

Исследователи получили плёнки как из чистых углеродных трубок, так и содержащих йод или хлорид меди. Чтобы заменить часть атомов углерода в стенке трубки примесями, нанотрубки вносили в атмосферу паров соответствующих веществ. Плотность носителей зарядов в таких трубках выше, что позволяет получать гибкие прозрачные электроды и селективные по переносу заряда материалы для оптоэлектроники и спинтроники (раздела квантовой электроники, занимающегося изучением переноса энергии и информации с помощью тока спинов). Внося примеси, можно управлять ещё и химической активностью нанотрубок, которые в чистом виде довольно инертны. Повышенная химическая активность полезна для хранения и преобразования энергии, и многого другого.

Работа была поддержана Министерством образования и науки РФ (программа 5 - топ100), грантом РФФИ №15-12-30041 и грантом ФЦП ИР RFMEFI59417X0014.

0 не понравилось

15-11-2017 15:00 | просмотров 8 |

Прямая ссылка:
BB-code ссылка:
HTML ссылка:
Понравилась статья? ПОДЕЛИСЬ в соц. сетях!
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Похожие новости

Толщина золота имеет значение

В МФТИ изготовлены сверхтонкие золотые плёнки и исследованы их свойства

В ДВФУ разработали нанотрубки, стимулирующие иммунитет

Российские учёные разработали наночастицы для создания антиинфекционных вакцин нового поколения

В Китае научились добывать электричество при помощи тока крови

Человечество постоянно пытается найти альтернативные способы получения энергии. И порой изобретения, предлагаемые учеными, выглядят крайне необычно. К примеру, исследователи из университета Фудань

Российские ученые создали материал для «самовосстанавливающихся» дорог

Проблема плохих дорог, вопреки расхожему мнению, касается не только России и постсоветского пространства. Ежегодно во всем мире на ремонт дорожного покрытия уходят огромные деньги, и вопрос создания

Обнаружено новое удивительное свойство воды

Несмотря на свою общедоступность, вода по-прежнему скрывает множество удивительных свойств. И одно из таких свойств недавно обнаружили исследователи из Массачусетского технологического института.

Учёные, наконец, создали самый прочный материал в лабораторных условиях

Несколько лет назад учёные из Университета Райса изучили свойства карбина – самого прочного на сегодняшний день материала. Карбин – это аллотропная форма углерода, более прочная, чем графен и алмаз.
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.