<<
>>

Характеристика пленочного слоя «наноструктурированный ультра- дисперсный графит / медь»

Сопротивление пленочного слоя «наноструктурированный ультрадис- персный графит / медь» зависело от его толщины и составило 10-4 Ом-м, - 1 мкм и 2?10-3Ом-м -25 мкм.

Было зарегистрировано возникновение между электродом из меди и поверхностью пленки разности потенциалов φccu. Мак­симальный зарегистрированный потенциал φccuна одном элементе составил 2 В. В цепи из 5 одинаковых последовательно соединенных элементов (на ри­сунке 4.2 показан один из них) с нагрузкой в виде полупроводникового свето­диода непрерывно поддерживался ток в 150 мкА и наблюдалось его свечение в течение 18 месяцев [213].

Рисунок 4.2 - Твердофазный источник электрической энергии со светодио-

дом

Анализ показал, что φccu линейно возрастал с ростом толщины пленоч­ного слоя (dc) - φccu = αdc, а ток увеличивался пропорционально площади по­верхности контакта графита и меди (Sc) - φccu = bSc,где а и b - коэффициенты пропорциональности, определяемые из опытно наблюдаемых зависимостей φccu(dc) и φccu(Sc). При последовательно-параллельном соединении таких об­разцов были зарегистрированы соотношения для напряжений и токов, харак­терные для гальванических источников: φccu = ∑φ1ccuи I = ∑/1ccu.

Возникновение φccuне может быть обусловлено контактной разностью потенциалов между медью и графитом, которая в соответствии с правилом Вольта определялась бы только контактной разностью уровней энергии Ферми (ЕФ) крайних элементов. То есть возникающая разность потенциалов была бы существенно меньше: φccu = EφCu- ЕФС(Eφcu = 7 эВ, ЕФС≈30 эВ [174]).

Характерная дифрактограмма для пластинчатого электрода с пленочной структурой из ультрадисперсного наноструктурированного графита приве­дена на рисунке 4.3, где отмечены все наиболее выраженные рефлексы для плоскостей графита (001) и (002), а также как для меди (111), (200) и (220), так и для оксида меди (111).

Методом Брэгга-Брентано был проведен рентгеноструктурный анализ цилиндрического медного электрода и переходного слоя («медь-графит») между электродом и пленкой. Установлено, что в электроде наблюдалось вы­раженное текстурирование вдоль наиболее плотноупакованного направления [111] с характерным для меди рефлексом при 2θ = 51 (1.801А0). Наблюдалось увеличение интенсивности этой линии с ростом толщины графитовой пленки. Для пленок с толщинами 10 и 100 мкм они различались больше, чем в 4 раза. Образование карбида меди и углеродных структур в медной подложке не об­наружено. Дифрактограмма слоя «медь-графит» имела аморфное гало, но с ин­тенсивностью на 20 % меньшей, чем для чистого графита. Диффузное размы­

тие основной линии графита (2θ = 26°30', 3.38 А) было вызвано либо текстур­ными изменениями, либо влиянием гидроксильных групп спирта, что отмеча­лось в [219].

Наблюдаемое уменьшение диффузного размытия линии меди в слое «медь-графит» было интерпретировано как псевдо-твердофазное растворение (интеркалирование) меди в графите, по аналогии с данными [220]. При срав­нении дифрактограмм исходного графита и графита в составе слоя «медь-гра- фит» был обнаружен сдвиг линий характерных для гексагональной решетки, что объяснило наблюдаемые изменения параметров ячейки исходного гра­фита: аисх. = 2.455±0.002A и слоя «медь-графит» асл,= 2.448±0.002A); ^исх. = 6.67±0.01A ( ссл. = 6.72±0.01A). В соответствии с этими изменениями па­раметров решетки, медные кристаллические блоки в слое «медь-графит» имели средние размеры 22 нм, тогда как углеродные структуры - 16.2 нм, что подтверждает возможность текстурирования этого слоя вдоль оси [001].

Так как ∆c>0, то возникающая деформация - растягивающая и значит коэффици­ент текстурированности

Рисунок 4.3 - Дифрактограмма для пластинчатого электрода с пленочной структурой из ультрадисперсного наноструктурированного графита

Методом КРС была исследована химическая структура пленочных слоев на медных плоских и цилиндрических образцах, а также как с наружной по­верхности пленки, так и от ее внутренней части в переходной области «медь- графит» (рисунок 4.4). Спектр КРС от поверхности электродов «1» содержал линии 216, 275, 386, 450, 586, 955 и 1236 см -1. Первые пять соответствуют колебаниям оксидов меди (CuO - 275, 386, 450 см -1и Cu2O - 216, 586 см -1). Форма линий их кристаллических структур имеет выраженную аморфность, что свидетельствует о дефектности, в согласии с [221, 222] и результатами рентгеноструктурного анализа (рисунок 4.3). Спектры «2» -внутренней части в переходной области «медь-графит» и «3» - наружной поверхности пленки полностью идентичны по возбуждаемым линиям (D -1344 см -1и G- 1570 см -1), которые отличаются только по интенсивности и соответ­ствуют оксиду графена [217, 218].

Рисунок 4.4 - Спектры комбинационного (рамановского) рассеяния света пленочного слоя «наноструктурированный ультрадисперсный гра­фит / медь» для: 1 - поверхностный слой медного электрода, 2 - переход­ной области «медь-графит», 3 - поверхности пленки. На вставке показан фрагмент линии G +, свидетельствующий о наличии полупроводниковой проводимости.

Достаточно правильная форма линии Dговорит о бездефектности пленки из наноструктурированного ультрадисперсного графита с окисленным графеном [223].

Величина отношения интенсивностей линий Dи G: указывает на высокий уровень наноструктурированности по­крытий, а отношениеля всех типов изученных покрытий

позволяет заключить, что размеры возникающих наноструктур могут дости­гать нескольких десятков нм, что подтверждено и данными рентгеноструктур­ного анализа (рисунок 4.3). В отличие от графена на линию Gв УНТ, как пра­вило, накладываются тангенциальные колебания G~и G+, отвечающие попе­речным (TO)и продольным (LO)колебаниям. Для окисленного графена с гек­сагональной структурой TOколебания G~отсутствуют и возникают только ко­лебания G+типа LO(вставка на рисунке 4.4), что соответствует полупровод­никовой проводимости [224].

Возбуждение в поверхностном слое медного электрода линии 1263 см-1 (1 - на рисунке 4.4), нехарактерной для КРС графена [224, 225], отвечает за колебания в кристаллических структурах в переходной области «медь-гра- фит». Возбуждение этой линии в окисленном слое электрода возможно только при наличии окисленного графена [224]. При этом возникающее отклонение от симметрии линии D- «2» и «3», при котором форма ее левой части - лорен- цевская, тогда как правая остается гауссовой (рисунок 4.4).

Возникновение линии 955 см-1 в спектрах КРС «1-3» на рисунке 4.4, ви­димо, связано с присутствием в спиртовом коллоидном растворе ультрадис­персного графита стабилизирующей добавки.

Кластеризация меди в графите свидетельствовала о безактивационном интеркалировании медью графита и формировании в пленке кристаллических скоплений в виде нанокластеров. Такое наноструктурирование подтверждено исследованиями с помощью атомно-силового микроскопа. Изображение пле­ночной поверхности сразу же после ее нанесения (рисунок 4.5, а), имело до­статочно регулярную нанокластерную структуру из графита. В начальном со­стоянии графитовые кластеры имели основание порядка 300 нм и высоту до

250 нм (рисунок 4.5, а), тогда как после интеркалирования (твердофазного рас­творения) меди через несколько месяцев эти структуры разрушались с умень­

шением вдвое их высоты (рисунок 4.5, б).

Рисунок 4. 5 - Атомно-силовые изображения поверхностей наноструктури-

рованной графитовой пленки: а - сразу же после ее нанесения и б - через 3

месяца после нанесения

<< | >>
Источник: Харсеев Виктор Алексеевич. ВЛИЯНИЕ МИКРО- И НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. Курск - 2019. 2019

Еще по теме Характеристика пленочного слоя «наноструктурированный ультра- дисперсный графит / медь»:

  1. 4.3 Модель формирования электрического потенциала в системе «медь - графит»
  2. Метод электрохимического формирования пленочных слоев из уль­традисперсного графита
  3. Роль двойного электрического слоя
  4. Общая характеристика исследования
  5. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  6. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ
  7. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  8. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  9. Физические пороговые характеристики источников тока
  10. 29. Некоммерческие организации: понятие, общая характеристика, виды.
  11. 28. Коммерческие организации: понятие, общая характеристика, виды.
  12. §1 Общая характеристика правового положения суда как субъекта реализа­ции права на судебную защиту
  13. Оценка влияния мелких дефектов КРН на механические характеристики трубы
  14. 43. Объекты гражданских прав: понятие, общая характеристика, основания классификации и виды.
  15. Выводы по главе
  16. Выводы по главе
  17. Графитовые активаторы