Влияние функционализации углеродных нанооболочек на их электрические свойства

Алексей Владимирович Сосунов (Alex V. Sosunov), Кирилл Борисович Циберкин (Kirill Tsiberkin), Виктор Карлович Хеннер (Victor K. Henner)

Аннотация


В данной работе представлено экспериментальное и теоретическое исследование электронных свойств углеродных нанооболочек с размером пор 3 нм после функционализации во фторной радиочастотной плазме. Для полученных образцов (CF0.05, CF0.31 и CF0.50 для 5, 15 и 30 ч функционализации, соответственно) показано, что с увеличением времени обработки происходит повышение электросопротивления от 50 до 950 Ом с сохранением стабильной структуры. Теоретическая оценка ширины запрещённой зоны полученных углеродных нанооболочек составляет порядка 0.13 эВ. Достаточно узкая ширина запрещенной зоны по сравнению с однослойным графеном (~2–3 эВ) обусловлена неполной функционализацией и наличием нескольких углеродных слоев, характерных для данного типа материалов.


Ключевые слова


углеродные нанооболочки; функционализация; плазма; электросопротивление; запрещённая зона

Полный текст:

PDF

Литература


Shehzad K., Xu Y., Gao C., Duan X. Three-dimensional macro-structures of two-dimensional nanomaterials. Chemical Society Reviews. 2016, vol. 45, pp. 5541–5588. DOI: 10.1039/c6cs00218h

Tressaud A., Durand E., Labrugere C. Surface modification of several carbon-based materials: comparison between CF4 RF plasma and direct F2-gas fluorination routes. Journal of Fluorine Chem-istry, 2004, vol. 125, pp. 1639–1648. DOI: 10.1016/j.jfluchem.2004.09.022

Yang G.-H., Bao D., Liu H., Zhang D., Wang N., Li H. Functionalization of graphene and applications of the derivatives. Journal of Inorganic Organometallic Polymers, 2017, vol. 27, pp. 1129–1141. DOI: 10.1007/s10904-017-0597-6

Esquinazi P. D. Basic physics of functionalized graphene. Cham, Switzerland: Springer, 2016. 185 p.

Wang B., Wang J., Zhu J. Fluorination of gra-phene: a spectroscopic and microscopic study. ACS Nano. 2014, vol. 8, pp. 1862–1870.

DOI: 10.1021/nn406333f

Tahara K., Iwasaki T., Matsutani A., Hatano M. Effect of radical fluorination on mono- and bi-layer graphene in Ar/F2 plasma. Applied Physics Letters, 2012, vol. 101, 163105. DOI: 10.1063/1.4760268

Jayasinghe R., Thapa A. K., Dharmasena R. R., et. al. Optimization of multi-walled carbon nano-tube based CFx electrodes for improved primary and secondary battery performances. Journal of Power Sources. 2014, vol. 253, pp. 404–411. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2013.12.076

Peltekis N., Kumar S., McEvoy N., Lee K. et al. The effect of downstream plasma treatments on graphene surfaces. Carbon. 2012, vol. 50, pp. 395–403. DOI: 10.1016/j.carbon.2011.08.052

An K. H., Heo J. G., Jeon K. G. et. al. X-ray photo-emission spectroscopy study of fluorinated single-walled carbon nanotubes. Applied Physics Letters. 2002, vol. 80, pp. 4235-4237. DOI: 10.1063/1.1482801

Zhao R., Jayasingha R., Sherehiy A., et. al. In situ transport measurements and band gap formation of fluorinated graphene. Journal of Physical Chemistry. 2015, vol. 119, pp. 20150–20155. DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b06111

Nourbakhsh A., Cantoro M., Vosch T., Pourtois G., et al. Bandgap opening in oxygen plasma-treated graphene. Nanotechnology, 2010, vol. 21, 435203. DOI: 10.1088/0957-4484/21/43/435203

Gargiulo F., Autes G. et al. Electronic transport in graphene with aggregated hydrogen adatoms. Physical Review Letters, 2014, vol. 113, 246601. DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.246601

Rudakov G. A., Sosunov A. V., Ponomarev R. S., Khenner V. K., Reza Md. S., Sumanasekera G. Synthesis of hollow carbon nanoshells and their application for supercapacitors. Physics of the Solid State, 2018, vol. 60, no. 1, pp. 167–172. DOI: 10.1134/S1063783418010213]

Ziolkowska D. A., Jangam J. S. D., et. al. Simple synthesis of highly uniform bilayer-carbon nanocages. Carbon. 2017, vol. 115, pp. 617–624. DOI: 10.1016/j.carbon.2017.01.055

Castro Neto A. H., Guinea F., Peres N. M. R., Novoselov K. S., Geim A. K. The electronic properties of graphene. Reviews of Modern Physics, 2009, vol. 81, 109. DOI: 10.1103/RevModPhys.81.109

Kittel C. Quantum theory of solids. New York: Wiley, 1987. 528 p.

Neamen D. A. Semiconductor physics and devices. Basic Principles. New-York: McGraw-Hill, 2003. 567 p.

Feng W., Long P., Feng Y., Li Y. Two‐dimen-sional fluorinated graphene: synthesis, structures, proper-ties and applications. Advanced Science, 2016, vol. 3, 1500413. DOI: 10.1002/advs.201500413




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2019-2-63-68

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.


ISSN: 1994-3598

Адрес издателя и учредителя: ПГНИУ, ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охраны культурного наследия. Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ № ФС77-66788 от 08 августа 2016 г.

Журнал включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук (специальности: 01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы; 01.04.07 - Физика конденсированного состояния).

Научное издание

© ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», 2019

Лицензия Creative Commons Материалы журнала публикуются по лицензии Creative Commons - Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).