Плазмова обробка оксиду графену
Вантажиться...
Дата
2020-05
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Актуальність: оксид графену – це одношаровий графіен, у якому
вуглецеві зв’язки на поверхні більшою мірою зв’язані з киснем. Такий
матеріал просто отримати у водневому розчині і осадити на будь-яку
підкладку. Відновлений оксид графену є двовимірним матеріалом, який
перспективний для виготовлення на його основі різних типів сенсорів – від
сенсорів інфрачервоного випромінювання до хімічних газових сенсорів. Тому
отримання відновленого оксиду графена з високою електричною провідністю
за низьких температур відпалу дозволяє мати базовий дешевий двовимірний
матеріал для різних типів сенсорів на гнучких підкладках, що необхідно для
медичної галузі, робототехніки і гнучкої мікро- та фотоелектроніки.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами
кафедри: тема роботи відповідає пріорітетному науковому напрямку кафедри
загальної фізики та фізики твердого тіла – «Фундаментальні наукові
дослідження з найбільш важливих проблем розвитку науково-технічного,
соціально-економічного, людського потенціалу для забезпечення
конкурентоспроможності України у світі та сталого розвитку суспільства і
держави».
Об’єкт дослідження: дослідження оптичних та електрофізичних
властивостей плівок оксиду графену після різних низькотемпературних
методів відпалу.
Предмет дослідження: оксид графену, відновлений за низької
температури в ВЧ плазмовому розряді.
Мета роботи: дослідження впливу плазмової обробки на фізикохімічні
і електрофізичні властивості оксиду графену, порівняння їх з
низькотемпературним термічним відновлення. Отримання базового матеріалу
для газових та температурних сенсорів.
Методи дослідження: інфрачервона спектроскопія, XPS спектроскопія,
вольт-амперні характеристики, температурна і частотна залежності
електричної провідності.
Відомості про обсяг звіту, кількість ілюстрацій, таблиць, додатків і
літературних найменувань за переліком використаних: звіт складається з
переліку умовних позначень, символів, скорочень і термінів, вступу, основної
частини (три розділі), висновків, переліку джерел посилання (72); містить 30
рисунків та 10 таблиць. Повний обсяг звіту – 88 сторінок.
Мета індивідуального завдання, використані методи та отримані
результати: метою індивідуального завдання є дослідження хімічних зв’язків
та електрофізичних властивостей у плівках оксиду графену відновленого у ВЧ
плазмовому розряді в атмосфері водню: провідність на змінному струмі,
температурні залежності оксиду графену, визначення механізму провідності,
температурного коефіцієнту питомого опору. Було показано, що
низькотемпературна плазмова обробка оксиду графена в суміші азота і водню
терміном 5 секунд призводить до значного зменшення електричного опору
двовимірної плівки (до 8 порядків величини) значно більшого (до 2 порядків)
ніж термічний відпал при 350ºС в вакуумі терміном 15 хвилин, що свідчить
про вплив на плівку нетермічних факторів, які мають місце під час ВЧ
плазмової обробки. Було встановлено, що механізм провідності плівки може
бути описаний механізмом Мотта (стрибковою провідністю по пасткам,
локалізованим біля рівня Фермі) на двох ділянках частотної і температурної
залежностях провідності з різними параметрами, що свідчать про
неоднорідність отриманої плівки. Плівки відновленого оксиду графена
демонструють значний температурний коефіцієнт опору, значно кращий ніж
золото і срібло, що дозволяє його пропанувати в якості сенсора температури в
діапазоні від -50 до +100С.
Новизна: вперше показано, що плівки оксиду графена можуть бути
значно відновлені за допомогою низькотемпературного прямого впливу ВЧ
плазмового розряду в атмосфері азотно-водневої суміші. Значний
температурний коефіцієнт опору свідчить, що плівки відновленого графену
можуть бути використані, як температурний сенсор на гнучкій пластиковій
підкладці.
Висновок: дослідження хімічних зв’язків у плівках оксиду графену
методом ІЧ спектроскопії показують ефективне введення водневих і азотних
зв’язків в графенову структуру під час обробки ВЧ плазмовим розрядом у
формінг газі. Відпал при плазмовій обробці проводився при нижчих значеннях
температури і тривалості, ніж термічний відпал однак провідність зразків
після плазмової обробки є вищою на порядок, що свідчить про значний вплив
на параметри матеріалу нетермічних факторів, що мають місце при плазмовій
обробці матеріалу. Температурний коефіцієнт опору плазмово-відновленного
оксиду графена значно вище, ніж у плівок золота, срібла та вуглецевих
нанотрубок. Представлені результати свідчать, що відновлений за низьких
температур оксид графену є дуже перспективним матеріалом для створення
сенсорів температури на гнучких підкладках.
Опис
Ключові слова
оксид графену, температурний коефіцієнт опору, механізм електричної провідності, електрична провідність, XPS спектроскопія, інфрачервона спектроскопія, плазмова обробка, відновлений оксид графену, graphene oxide, temperature coefficient of resistance, reduced graphene oxide, infrared spectroscopy, XPS spectroscopy, electrical conductivity mechanism, electrical conductivity
Бібліографічний опис
Котік, О. О. Плазмова обробка оксиду графену : магістерська дис : 104 ФІзика та астрономія / Котік Оксана Олегівна. – Київ, 2020. – 93 с.