Электрофизические свойства и спектроскопия комбинационного рассеяния жгутов одностенных и двустенных углеродных нанотрубок при высоких давлениях : диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук : 01.04.07
Введение …………………………………………………………………………………………………………… 5
Глава 1. Структурные особенности и электрические характеристики углеродных
нанотрубок при высоких давлениях …………………………………………………………………. 12
1.1 Структура углеродных нанотрубок …………………………………………………………….. 12
1.1.1 Структура одностенных углеродных нанотрубок …………………………………….. 12
1.1.2 Структурные особенности двустенных углеродных нанотрубок ………………. 15
1.2 Электрические свойства углеродных нанотрубок ……………………………………….. 16
1.2.1 Электрическая проводимость ………………………………………………………………….. 19
1.2.2 Термоэлектрические свойства …………………………………………………………………. 23
1.2.3 Теплопроводность …………………………………………………………………………………… 25
1.3 Особенности спектроскопии комбинационного рассеяния углеродных
нанотрубок ……………………………………………………………………………………………………… 28
1.3.1 Спектроскопия комбинационного рассеяния одностенных углеродных
нанотрубок ……………………………………………………………………………………………………… 28
1.3.1.1 RBM-полоса …………………………………………………………………………………………. 30
1.3.1.2 G-полоса ………………………………………………………………………………………………. 32
1.3.1.3 D-полоса ………………………………………………………………………………………………. 35
1.3.2 Спектроскопия комбинационного рассеяния двустенных углеродных
нанотрубок ……………………………………………………………………………………………………… 36
1.3.2.1 RBM-полоса …………………………………………………………………………………………. 36
1.3.2.2 G-полоса ………………………………………………………………………………………………. 37
1.3.2.3 D-полоса ………………………………………………………………………………………………. 37
1.4 Углеродные нанотрубки при высоких давлениях ……………………………………….. 38
1.4.1 Теоретические исследования …………………………………………………………………… 38
1.4.1.1 Изолированные одностенные нанотрубки……………………………………………… 38
1.4.1.2 Жгуты одностенных нанотрубок …………………………………………………………… 43
1.4.1.3 Изолированные двустенные нанотрубки ……………………………………………….. 45
1.4.1.4 Жгуты двустенных нанотрубок …………………………………………………………….. 47
1.4.1.5 Полимеризация углеродных нанотрубок под давлением ……………………….. 53
1.4.2 Экспериментальные исследования …………………………………………………………… 55
1.5 Заключение к главе 1 …………………………………………………………………………………. 62
Глава 2. Исследуемые материалы, экспериментальные установки ……………………. 64
2.1 Исследуемые материалы ……………………………………………………………………………. 64
2.2. Электрические измерения при высоких давлениях …………………………………….. 67
2.2.1 Камеры высокого давления ……………………………………………………………………… 67
2.2.2 Низкотемпературный пресс …………………………………………………………………….. 69
2.2.3 Измерение электрического сопротивления ………………………………………………. 70
2.2.4 Измерение термоЭДС ……………………………………………………………………………… 70
2.2.5 Измерение относительной теплопроводности ………………………………………….. 72
2.2.6 Калибровка камеры высокого давления …………………………………………………… 73
2.3 Спектроскопия комбинационного рассеяния ………………………………………………. 73
2.4 Заключение к главе 2 …………………………………………………………………………………. 74
Глава 3. Влияние высокого давления на электрические свойства и структуру
одностенных углеродных нанотрубок ……………………………………………………………… 75
3.1 Электрическое сопротивление и термоЭДС одностенных углеродных
нанотрубок при высоких давлениях …………………………………………………………………. 76
3.2 Спектроскопия комбинационного рассеяния одностенных углеродных
нанотрубок ……………………………………………………………………………………………………… 92
3.3 Краткие выводы к главе 3 ……………………………………………………………………… 103
Глава 4. Влияние высокого давления на электрические свойства и структуру
двустенных углеродных нанотрубок………………………………………………………………. 105
4.1 Электрическое сопротивление и термоЭДС двустенных углеродных
нанотрубок при высоких давлениях ……………………………………………………………….. 105
4.2 Спектроскопия комбинационного рассеяния двустенных углеродных
нанотрубок ……………………………………………………………………………………………………. 119
4.3 Краткие выводы к главе 4 ……………………………………………………………………… 126
Основные результаты и выводы работы …………………………………………………………. 127
Список литературы ……………………………………………………………………………………….. 128
Список основных публикаций по теме диссертации ………………………………………. 145
Актуальность темы исследования и степень ее проработанности
Транспортные характеристики углеродных нанотрубок определяют
возможность их дальнейшего использования в микроэлектронике [1-7].
В связи с высокой сложностью создания транзисторов на индивидуальных
углеродных нанотрубках [8], значительный интерес представляет исследование
свойств объектов образованных нанотрубками. Первые функционирующие
процессоры, построенные на полевых транзисторах на основе углеродных
нанотрубок (CNFET), выполнены путем осаждения на подложку массивов
ориентированных нанотрубок [9-10]. Прозрачные проводящие пленки на основе
заполненных нанотрубок, обладающие высокой электропроводностью,
рассматриваются в качестве альтернативы пленкам оксида индия-олова в
оптоэлектронике [3-4, 7, 11].
Физические свойства нанотрубок определяются их геометрией, и могут быть
легко изменены воздействием давления или напряжения, что может быть
использовано при создании наноразмерных электромеханических связывающих
устройств и преобразователей [12-14]. На данный момент, нанотрубки уже
используются в качестве зондов для атомно-силовых микроскопов, что позволяет
существенно повысить разрешающую способность [15-17]. Высокопрочные,
хорошо проводящие электрический ток, композиты, на основе углеродных
нанотрубок, находят применение в “гибкой” электронике, в качестве основы для
гибких тактильных датчиков. Подобные материалы необходимы в медицине, в
качестве высокочувствительных датчиков давления [13-14, 18-19] и влажности
[20].
Также известен ряд работ по созданию термоэлектрических композитов,
содержащих наноразмерные углеродные материалы. Малый размер кластеров
позволяет достигать большей эффективности по сравнению с традиционно
используемыми объемными термоэлектриками [21-24]. Исследование
термоэлектрических характеристик углеродных нанотрубок, в том числе в
условиях высоких давлений, позволит более точно охарактеризовать влияние
содержания нанотрубок в термоэлектрических композитах на их физические
свойства.
Вместе с тем, в настоящее время, зависимость электрических и
термоэлектрических свойств от структурного состояния углеродных нанотрубок,
которое изменяется под действием давления, изучена недостаточно, что связано с
высокой сложностью организации подобных измерений [25-29]. Отсутствуют
экспериментальные работы, посвященных изучению электрических и
термоэлектрических свойств углеродных нанотрубок при высоких давлениях. В
последнее время появляются новые методики проведения электрических
измерений в алмазных наковальнях [30-31], однако они еще не получили
достаточного распространения.
Таким образом, полученные результаты актуальны как для решения
фундаментальных проблем физики твердого тела, так и для практических
применений. Работа направлена на изучение особенностей формирования фаз
высокого давления углеродных нанотрубок, их электрических и структурных
характеристик. Исследована связь особенностей барических зависимостей
электрического сопротивления, коэффициента Зеебека, и относительной
теплопроводности со структурными преобразованиями, происходящими в
углеродных нанотрубках под действием высокого давления.
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
0 (13 отзывов)
4.8 (37 отзывов)
4.9 (5 отзывов)
4.9 (298 отзывов)
4.4 (59 отзывов)
4.2 (13 отзывов)
4.7 (18 отзывов)
4.4 (93 отзыва)
4.8 (13 отзывов)
