Preview

Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Расширенный поиск

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕРМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК ВОССТАНОВЛЕННОГО ОКСИДА ГРАФЕНА

https://doi.org/10.32603/1993-8985-2019-22-3-88-96

Полный текст:

Аннотация

Введение. Высокая электропроводность, теплопроводность, прочность, большая площадь поверхности, высокий коэффициент светопропускания – это лишь неполный перечень свойств графена – материала, являющегося весьма перспективным с точки зрения применения в микро- и наноэлектронике. Кроме того, к преимуществам графена можно отнести возможность его получения различными способами. Это позволяет, используя соответствующие технологические приемы, создавать материалы с заданными физико-химическими характеристиками.
Цель работы. Исследование степени влияния температуры термического восстановления на физикохимические свойства пленок оксида графена (ОГ).
Материалы и методы. В описываемой работе пленки ОГ были получены на поверхности предметного стекла посредством его погружения и извлечения из водной дисперсии оксида графена (dip coating). Полученные образцы были охарактеризованы методом сканирующей электронной микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния света, элементного CHN-анализа. Удельное поверхностное электрическое сопротивление было измерено четырехзондовым методом.
Результаты. Установлено отличие содержания элементов (C, H, N) в исследуемых образцах, снижение дефектности в графеновой структуре, а также уменьшение удельного электрического сопротивления пропорционально увеличению температуры восстановления. Также обнаружено уменьшение толщины пленок ОГ при термической обработке, что предположительно связано с потерей функциональных групп в ОГ при его термическом восстановлении.
Заключение. Результаты исследований демонстрируют возможность получения углеродных пленок из восстановленного оксида графена (ВОГ) с заданными физико-химическими характеристиками, которые могут найти применение в тонкопленочных технологиях. Представленные материалы также могут быть полезны исследователям в вопросах получения и применения ОГ и ВОГ.

Об авторе

Д. Ю. Корнилов
ООО "АкКо Лаб"
Россия

Корнилов Денис Юрьевич – кандидат технических наук (2008), заведующий лабораторией ООО "АкКо Лаб". Автор 36 научных публикаций. Сфера научных интересов – неорганическая химия и электрохимия.

ул. Гиляровского, д. 65, стр. 1, Москва, 129110



Список литературы

1. Морозов С. В., Новоселов К. С., Гейм А. К. Электронный транспорт в графене // УФН. 2008. Т. 178, № 7. С. 776–780. doi: 10.3367/UFNr.0178.200807i.0776

2. Кульчицкий Н. А., Наумов А. В. Современное состояние тонкопленочной солнечной энергетики // Нано- и микросистемная техника. 2013. №. 9. С. 29–37.

3. Кулова Т. Л., Скундин А. М. Тонкопленочные литий-ионные аккумуляторы // Электрохимическая энергетика. 2009. Т. 9, № 2. С. 57–66.

4. Кулова Т. Л., Скундин А. М. Проблемы конструкции тонкопленочных аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. 2011. Т. 11, № 2. С. 71–74.

5. Губин С. П., Ткачев С. В. Графен и родственные наноформы углерода. 4-е изд., доп. М.: ЛЕНАНД, 2015. 112 с.

6. Highly strong and elastic graphene fibres prepared from universal graphene oxide precursors / G. Huang, C. Hou, Y. Shao, H. Wang, Q. Zhang, Y. Li, M. Zhu // Scientific Reports. 2014. Vol. 4. Article number: 4248. doi: 10.1038/srep04248

7. Science and technology roadmap for graphene, related two-dimensional crystals, and hybrid systems / A. C. Ferrari, F. Bonaccorso, V. Falko, K. S. Novoselov, S. Roche, P. Boggild, N. Pugno // Nanoscale. 2015. Vol. 7. P. 4598–4810. doi: 10.1039/c4nr01600a

8. ISO/TS 80004-13:2017 Nanotechnologies – Vocabulary. Part 13: Graphene and related two-dimensional (2D) materials. 2017. URL: https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso:ts:80004:-13:ed-1:v1:en (дата обращения 27.09.2018)

9. Особенности интеграции графенов в технологические процессы микроэлектроники / И. И. Бобринецкий, И. А. Комаров, К. К. Лаврентьев, Д. Д. Левин, М. М. Симунин, В. К. Неволин, Л. Д. Квачева, С. П. Червонобродов, А. Буриан, Л. Хавелек, Н. Возница // Изв. вузов. Электроника. 2013. № 3. С. 33–42.

10. Туннельные полевые транзисторы на основе графена / Д. А. Свинцов, В. В. Вьюрков, В. Ф. Лукичев, А. А. Орликовский, А. Буренков, Р. Охснер // Физика и техника полупроводников. 2013. Т. 47, вып. 2. С. 244–250.

11. Сорокин П. Б., Чернозатонский Л. А. Полупроводниковые наноструктуры на основе графена // Успехи физических наук. 2013. Т. 183, № 2. С. 113–132. doi: 10.3367/UFNr.0183.201302a.0113

12. Шакирзянов Ф. Н. Графен и фоторезистивный эффект // Электричество. 2011. № 1. С. 65–66.

13. Чигирев П. М. Применение графена в электронной технике // Нано- и микросистемная техника. 2011. Т. 127, № 2. С. 28–30.

14. Получение прозрачных проводящих пленок из CVD-графена методом ламинирования и их характеризация / В. Б. Тимофеев, В. И. Попов, Д. В. Николаев, Т. Е. Тимофеева, С. А. Смагулова // Российские нанотехнологии. 2017. Т. 12, № 1–2. С. 49–52.

15. Графен, полученный восстановлением оксида графена / С. В. Ткачев, Е. Ю. Буслаева, А. В. Наумкин, С. Л. Котова, И. В. Лауре, С. П. Губин // Неорганические материалы. 2012. Т. 48, № 8. С. 909–915.

16. Электрохимическое восстановление и особенности электропроводности пленок оксида графена / А. Ю. Рычагов, С. П. Губин, П. Н. Чупров, Д. Ю. Корнилов, А. С. Карасева, Е. С. Краснова, В. А. Воронов, С. В. Ткачев // Электрохимия. 2017. Т. 53, № 7. C. 813–819. doi: 10.7868/S0424857017070052

17. Восстановленный оксид графена в качестве защитного слоя токового коллектора катода литийионного аккумулятора / Д. Ю. Корнилов, С. П. Губин, П. Н. Чупров, А. Ю. Рычагов, А. В. Чеглаков, А. С. Карасева, Е. С. Краснова, В. А. Воронов, С. В. Ткачев, Л. А. Кашарина // Электрохимия. 2017. Т. 53, № 6. C. 701– 705. doi: 10.7868/S0424857017060081

18. Суперконденсатор на основе электрохимически восстановленного оксида графена / С. П. Губин, А. Ю. Рычагов, П. Н. Чупров, С. В. Ткачев, Д. Ю. Корнилов, А. С. Алмазова, Е. С. Краснова, В. А. Воронов // Электрохимическая энергетика. 2015. Т. 15, № 2. C. 57–63.

19. Revisiting Graphene Oxide Chemistry via Spatially-Resolved Electron Energy Loss Spectroscopy / A. Tararan, A. Zobelli, A. M. Benito, W. K. Maser, O. Stephan // Chemistry of Materials. 2016. Vol. 28. P. 3741–3748. doi: 10.1021/acs.chemmater.6b00590

20. The effect of the thermal reduction on the kinetics of low-temperature 4He sorption and the structural characteristics of graphene oxide / A. V. Dolbin, M. V. Khlistuck, V. B. Eselson, V. G. Gavrilko, N. A. Vinnikov, R. M. Basnukaeva, A. M. Benito // Low Temperature Physics. 2017. Vol. 43. P. 383–389. doi: 10.1063/1.4979362

21. Tuning graphene properties by a multi-step thermal reduction process / P. Alvarez, C. Blanco, R. Santamaria, P. Blanco, Z. Gonzalez, L. Fernandez-Garcia, R. Menendez // Carbon. 2015. Vol. 90. P. 160–163. doi: 10.1016/j.carbon.2015.04.022

22. Low-temperature reduction of graphene oxide: electrical conductance and scanning kelvin probe force microscopy / O. M. Slobodian, P. M. Lytvyn, A. S. Nikolenko, V. M. Naseka, O. Y. Khyzhun, A. V. Vasin, A. N. Nazarov // Nanoscale Research Letters. 2018. Vol. 13. doi: 10.1186/s11671-018-2536-z

23. Temporospatial Control of Graphene Wettability / K. Vijayarangamuthu, S. Ahn, H. Seo, S.-H. Yoon, C.-M. Park, K.-J. Jeon // Advanced Materials. 2015. Vol. 28, iss. 4. P. 661–667. doi: 10.1002/adma.201503444

24. Explosive thermal reduction of graphene oxidebased materials: Mechanism and safety implications / Y. Qiu, F. Guo, R. Hurt, I. Kulaots // Carbon. 2015. Vol. 72. P. 215–223. doi: 10.1016/j.carbon.2014.02.005

25. Singh R. K., Kumar R., Singh D. P. Graphene oxide: strategies for synthesis, reduction and frontier applications // RSC Advances. 2016. Vol. 6. P. 64993–65011. doi: 10.1039/c6ra07626b

26. Ferrari A. C. Raman spectroscopy of graphene and graphite: Disorder, electron–phonon coupling, doping and nonadiabatic effects // Solid State Communications. 2007. Vol. 143. P. 47–57. doi: 10.1016/j.ssc.2007.03.052

27. Rapid and non-destructive identification of graphene oxide thickness using white light contrast spectroscopy / H. Yang, H. Hu, Y. Wang, T. Yu // Carbon. 2013. Vol. 52. P. 528–534. doi: 10.1016/j.carbon.2012.10.005

28. Graphene Platforms for Smart Energy Generation and Storage / M. Ye, Z. Zhang, Y. Zhao, L. Qu // Joule. 2018. Vol. 2. P. 245–268 doi: 10.1016/j.joule.2017.11.011

29. Performance-Enhanced Activated Carbon Electrodes for Supercapacitors Combining Both GrapheneModified Current Collectors and Graphene Conductive Additive / R. Wang, Y. Qian, W. Li, S. Zhu, F. Liu, Y. Guo, M. Chen, Q. Li, L. Liu // Materials. 2018. Vol. 11, iss. 11. 13 p. doi: 10.3390/ma11050799

30. Graphene oxide as a corrosion inhibitor for the aluminum current collector in lithium ion batteries / S. J. R. Prabakar, Y. H. Hwang, E. Gyoung, B. Dong, K. Lee, M. Pyo // Carbon. 2013. Vol. 52. P. 128–136. doi: 10.1016/j.carbon.2012.09.013

31. Graphene-based in-plane micro-supercapacitors with high power and energy densities / Z. Wu, K. Parvez, X. Feng, K. Mullen // Nature communications. 2013. № 4. Article number: 2487, doi: 10.1038/ncomms3487

32. El-Kady M., Kaner R. Scalable fabrication of highpower graphene micro-supercapacitors for flexible and on-chip energy storage // Nature communications. 2013. № 4. Article number: 1475. doi: 10.1038/ncomms2446


Для цитирования:


Корнилов Д.Ю. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕРМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК ВОССТАНОВЛЕННОГО ОКСИДА ГРАФЕНА. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2019;22(3):88-96. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2019-22-3-88-96

For citation:


Kornilov D.Y. THE INFLUENCE OF THE THERMAL REDUCTION TEMPERATURE ON THE STRUCTURE AND ELECTROPHYSICAL PROPERTIES OF REDUCED GRAPHENE OXIDE FILMS. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2019;22(3):88-96. (In Russ.) https://doi.org/10.32603/1993-8985-2019-22-3-88-96

Просмотров: 21


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1993-8985 (Print)
ISSN 2658-4794 (Online)