Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Получение прозрачных проводящих пленок на основе однослойных углеродных нанотрубок
Во многих типах современных электронных приборов, таких как ноутбуки, компьютерные мониторы, мобильные телефоны, навигаторы и т.п., используются тонкие гибкие прозрачные проводящие пленки, наличие которых позволяет не только считывать информацию, но также управлять работой устройства. Наиболее распространенным материалом для подобных систем является стекло на основе оксида индия, легированного оловом, (ITO), пленки которого обладают нужными электрическими и оптическими характеристиками. Однако бурное развитие технологий, связанных с разработкой и использованием современных электронных приборов приводит к исчерпанию природных запасов индия и, соответственно, к росту стоимости ITO. Это стимулирует исследования, направленные на поиск и создание новых материалов для прозрачных проводящих пленок. Одним из перспективных материалов подобного типа являются углеродные нанотрубки (УНТ), которые обладают необходимыми проводимостью и прозрачностью в оптической области спектра. Однако на пути создания прозрачных проводящих пленок на основе УНТ возникают проблемы, связанные с необходимостью удаления примесей, ухудшающих оптические характеристики пленки, а также с требование высокой степени однородности покрытия.
Как показано в работе [1], выполненной недавно в Univ. of Oklahoma (США), указанные трудности могут быть преодолены в результате использования для синтеза пленок подходящих катализаторов и оптимизации условий процесса. В качестве подложки авторы использовали кварцевые пластины, имеющие прозрачность 99.5 % для излучения с длиной волны 550 нм, обработанные в течение 15 мин при комнатной температуре смесью перекиси водорода с серной кислотой (1:3), а затем промытые ацетоном и изопропиловым спиртом и просушенные в потоке азота. В качестве катализатора при синтезе УНТ использовали растворы ферритина в воде с концентрациями железа 5, 33 и 100 мМ. Каждый из растворов наносили на подложки, которые затем в течение двух часов просушивали в вакуумной печи при 90оС, после чего отжигали на воздухе при 900оС. Синтез УНТ проводили в течение 20–30 мин при температуре 925оС в потоке Ar/H2 (3:1, 35 см3/мин) с добавлением паров этилового спирта 0.3 мл/ч и воды (0.0015 мл/ч).
Вольт-амперные характеристики полученных пленок УНТ измеряли с помощью серебряных электродов. Спектры пропускания в видимом и УФ диапазонах измеряли с помощью спектрофотометра. Наряду с этим, были получены спектры комбинационного рассеяния (КР) пленок с использованием He-Ne лазера (632 нм) и их микроизображения с помощью сканирующего электронного микроскопа (SЕМ). Результаты исследований указывают на высокую проводимость пленок (свыше 104 См/м) и аномально высокую прозрачность (свыше 98 % на длине волны 550 нм). На SЕМ изображениях пленок видно, что УНТ покрывают поверхность подложки с высокой степенью однородности, не образуя жгутов, присущих пленкам, полученным другими методами. Столь высокая однородность покрытия обусловлена, по-видимому, однородным распределением катализатора по поверхности подложки. Характер спектров КР указывает на преобладание в пленке однослойных УНТ с низким содержанием дефектов. При этом, согласно измерениям, по мере увеличения длительности термической обработки подложек в диапазоне от 10 до 60 мин проводимость пленок возрастает примерно на порядок, в то время как коэффициент пропускания пленок на длине волны 550 нм плавно снижается от 99.6 % до 99.3%.
Такое поведение объясняется тем, что по мере увеличения длительности термической обработки подложек возрастает плотность синтезируемых пленок, что, с одной стороны, приводит к росту их проводимости, а с другой стороны – к снижению прозрачности. При фиксированных продолжительности отжига подложки и процедуре синтеза УНТ наблюдаются зависимости проводимости и прозрачности пленок от концентрации железа в растворе ферритина. Для проводимости эта зависимость имеет немонотонный характер с минимумом в области концентраций 33 мМ, в то время как для прозрачности наблюдается монотонно убывающая зависимость от концентрации железа.
А.Елецкий
1.D. Shi, D.E. Resasco, Chem. Phys. Lett. 511,356 (2011).
