Влияние внешней среды на электропроводность углеродных наноструктур

• Автор: Буряков, Тимофей Игоревич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Литературный обзор.

1.1 Графит
1.2 Алмаз

1.3 Углеродные нанотрубки

1.3.1 Однослойные углеродные нанотрубки

1.3.2 Многослойные углеродные нанотрубки.

1.3.3 Синтез углеродных нанотрубок.

1.4 Углерод луковичной структуры.

1.4.1 Структура и свойства углерода луковичной структуры.

1.4.2 Синтез углерода луковичной структу ры
1.5 Влияние газов на электрофизические свойства углеродных наноструктур.
1.6 Бромирование углеродных нанотрубок.
1.7 Постановка задач исследований
Глава 2. Исследуемые образцы и методика эксперимента.
2.1 Синтез многослойных углеродных каталитических нанотрубок
2.2 Синтез многослойных углеродных электродуговых нанотрубок и методика бром и рования
2.3 Синтез углерода луковичной структуры.
2.4 Методика измерения электропроводности исследуемых образцов в
интервале температур 4,2 0 К.
Глава 3. Температурные зависимости электропроводности многослойных углеродных нанотрубок в различных газовых средах
3.1 Температурные зависимости электропроводности многослойных углеродных каталитических нанотрубок в атмосфере гелия.
3.2 Измерения температурных зависимостей электропроводности многослойных углеродных каталитических напотрубок с диаметром
более нанометров в газогелиевых смесях
3.3 Измерения температурных зависимостей электропроводности многослойных углеродных каталитических нанотрубок с диаметром менее нанометров в газогелиевых смесях.
3.4 Воздействие газогелиевых смесей на температурные зависимости электропроводности многослойных углеродных каталитических нанотрубок.
3.5 Температурные зависимости электропроводности исходных и
бромированных многослойных углеродных нанотрубок
Глава 4. Температурные зависимости электропроводности углерода луковичной структуры в различных газовых средах
4.1 Температурные зависимости электропроводности углерода луковичной структу ры в атмосфере гелия
4.2 Измерения температурных зависимостей электропроводности углерода луковичной структуры в различных газовых средах.
4.3 Воздействие газов на температурные зависимости
электропроводности углерода луковичной структуры.
Выводы.
Список цитируемой литературы


Для наиболее полного и ясного рассмотрения свойств многослойных углеродных нанотрубок рассмотрим вначале структуру графита, определяющую его свойства. Атомы углерода в графите располагаю гея в узлах связанных между собой шестиугольников, образующих параллельные слои графеновые слои рис. Каждый слой смещен относительно своих соседей, с закономерностью чередования через один слой символьное представление АВАВ. Один из векторов трансляции решетки направлен перпендикулярно графеновому слою и его абсолютная величина равна двум межплоскостным расстояниям. Два других вектора трансляции решетки находятся в графеновой плоскости. В силу симметрии трансляция происходит от шестиугольника к шестиугольнику. Данная кристаллическая структура соответствует гексагональной решетке на рис. Рис. Схематичный рисунок гексагональной структуры графита. А, В символьные обозначения разных слоев, 6С межслоевое расстояние, ао, с0 абсолютные значения векторов трансляции решетки. В графеновом слое каждый атом углерода связан с соседними атомами посредством трех гибридных освязей. Расстояние между атомами в слое равно 0,2 нм. Межслоевое взаимодействие осуществляется посредством связей. Расстояние между слоями равно бс 0, нм. Расстояние между атомами в слое меньше расстояния между слоями, так как энергия связи между атомами в слое на два порядка выше, чем между слоями. Этот факт объясняет значительную анизотропию свойств графита. Параметры гексагональной решетки графита равны а0 0,6 нм и с0 0, нм. Графеновые слои имеют конечный размер и организуются в так называемые кристаллиты пачки графеновых слоев рис. Как правило, графит не имеет идеальной структуры. Характерными дефектами кристаллической структуры являются дефекты упаковки или дефекты в слоях. Для характеристики графита часто используют следующие величины межслоевое расстояние бс, средние значения диаметра Ьа и высоты кристаллитов Ьс. Эти параметры рассчитывают по угловому положению и ширине дифракционных линий 1 и Ьк1 9, . У некоторых графитов отсутствуют линии трхмерного упорядочения. Такие графиты называются турбостратными или квазидвумерными графитами КДГ. До сих пор не существует единой модели, описывающей электрофизические свойства турбостратного графита, в силу двух причин 1 размеры кристаллитов зависят от условий синтеза 2 организация контакта между кристаллитами случайный процесс. Ниже приведено обоснованное описание электрофизических свойств квазидвумерного графита сс 0,3 нм. Основа приведенных рассуждений изложена в обзорной работе 8. Схематичный рисунок квазидвумсрного графита, состоящего ристаллитов пачек. Ьс, Ьа характерные размеры кристаллитов. По электрофизическим свойствам материалы можно разделить на два класса металлы полуметаллы и полупроводники диэлектрики. Графит относится к классу полуметаллов. Рассмотрим его электрофизические свойства более подробно. Диэлектрики будем считать полупроводниками с большой величиной запрещенной зоны Д и акцентировать внимание на их особенностях не будем. Рассмотрим зонную модель металла. На рис. В случае Т 0 она представляет собой ступеньку с характерной величиной перехода от заполненных состояний к пустым, соответствующей энергии Ферми ЕР. С увеличением температуры ступенька размывается на величину кпТ. Данное размытие в случае однозонной модели металла в условиях ЕрквГ не приводит к какимлибо изменениям в электрофизических свойствах. Отметим тот факт, что с ростом температуры в металле увеличивается количество фононов квазичастиц, характеризующих колебания решетки. Следовательно, с ростом температуры будет увеличиваться количество рассеяний электронов на фононах и сопротивление будет расти рис. При низких темпера прах, когда рассеянием на фононах можно пренебречь, сопротивление выходит на постоянную величину, связанную с рассеянием на дефектах решетки, примесях и нулевых колебаниях решетки. Электрофизические свойства полупроводника можно описать в рамках двузонной модели рис. В идеальном полупроводнике при Т 0 зона проводимости пуста, а валентная зона полностью заполнена, что соответствует отсутствию носителей или бесконечному сопротивлению.