Проводимость и термо-ЭДС углеродных депозитов, содержащих нанотрубки

• Автор: Держнёв, Денис Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 106 с. : ил.

1 Литературный обзор
1.1 Структура нанотрубок
1.1 Л Основные параметры, характеризующие свойства нанотрубок
1Л .2 Угол хиральности и диаметр нанотрубок
1Л .3 Электронная структура нанотрубок
1.2 Методы получения углеродных наноструктур
1.2.1 Термическое распыление графита в дуговом разряде
1.2.2 Метод лазерного испарения
1.2.3 Химическое осаждение из газовой фазы
1.2.4 Холодная деструкция графита
1.3 Свойства углеродных нанотрубок
1.3.1 Электрические свойства
1.3.2 Эмиссионные характеристики нанотрубок
1.3.3 Магнитные свойства нанотрубок
1.3.4 Термоэлектрические свойства нанотрубок
1.4 Механизмы электропроводности в неупорядоченных наноструктурах
2 Методика эксперимента
2.1 Установка и получение нанотрубного депозита
2.2 Методика исследования поверхности и микроструктуры нанотрубного углеродного депозита
2.3 Измерение удельной проводимости
2.4 Измерение термоэлектродвижущей силы
2.5 Измерение эффекта Холла и вычисление подвижности и концентрации носителей заряда
2.6 Погрешности измерения проводимости и термо-ЭДС
3 Экспериментальные результаты и их обсуждение
3.1 Образование и структура углеродного депозита
3.2 Особенности физических параметров углеродного депозита в виде хлопьевидных гранул, образованных из связок нанотрубок
3.3 Проводимость исследуемых углеродных материалов
3.4 Концентрация и подвижность носителей заряда в исследуемых углеродных материалах
3.5 Термо-ЭДС исследуемых углеродных материалов
Выводы
Благодарность
Список литературы
Актуальность темы.
Вот уже полтора десятилетия углеродные нанотрубки (УНТ) находятся в центре внимания мировой и научной общественности. Такое внимание на протяжении достаточно длительного времени обуславливается рядом необычных физических свойств, которые были обнаружены в УНТ и давшие большой толчок к развитию многих областей науки и техники.
Экспериментальные исследования показали, что УНТ являются одними из прочнейших материалов из всех, когда-либо известных человечеству. Механические характеристики (прочность, упругость и др.) дают основание считать, что УНТ являются хорошим материалом для создания сверхпрочных композитов. Необычны и транспортные свойства УНТ: квантовая и
баллистическая проводимость, плотности тока 109 - Ю10 А-см'2 заставляют пересмотреть наши представления о транспортных свойствах обычных твердых тел и использовать открывшиеся возможности для развития наноэлектроники.
В последнее время, внимание ученых обращено на одно из важнейших транспортных свойств, имеющее большое практическое значение - термо-ЭДС углеродных нанотрубок. К сожалению, термо-ЭДС единичной УНТ до сих пор не удалось измерить, поэтому приходится проводить исследования на образцах в виде скомпактированных матов или неупорядоченных клубков УНТ. При изучении кинетических характеристик в неупорядоченных системах углеродных нанотрубок и наносвязок возникают не простые вопросы создания контактных площадок, градиента температур, которые невозможно решить при использовании традиционных методик. Поэтому возникает необходимость в разработке экспериментальной методики измерения термо-ЭДС и проводимости в неупорядоченной системе нанотрубок. По этой причине число публикаций в мировой научной литературе по термо-ЭДС исчисляется единицами.
быстро спадает с расстоянием. Такую ситуацию называют «прыжковой проводимостью между ближайшими соседями».
Выражение, соответствующее плотности тока у:
] = 2-е-К-к-Т-М(ЕР)-урк-ехр(-2-а-Я1^)-зК^)! (1.8)
где Я - напряженность электрического поля, е - заряд электрона, К — расстояние прыжка, кй - постоянная Больцмана, Т — абсолютная температура, ЩЕр) - плотность состояний на уровне Ферми, урь - фактор спектра фононов взаимодействия, IV — энергия активации, а - радиус локализации волновой функции электрона.
В случае слабых электрических полей проводимость равна:
сг = ^ = 2-е2-Я2-урИ-М(ЕР)-ехр(-2-а-Я-^) > (!.9)
Если а-Яо » 1, где Яо — среднее расстояние между ближайшими соседями, то следует ожидать, что прыжки происходят только между ближайшими соседями. Таким образом, прыжковая проводимость с экспоненциальным множителем ехр(-1¥/квТ) может быть экспериментально обнаружена только в том случае, если состояния локализованы во всей зоне, так что край подвижности лежит в более высокой зоне.
Если величина а -Я0 сравнима или меньше единицы, а также в случае достаточно низких температур, всегда следует ожидать явление прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка, причем длина прыжка Я увеличивается с уменьшением температуры.
Среднее расстояние для прыжка равно