Плазмова обробка оксиду графену

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorНазаров, Олексій Миколайович
dc.contributor.authorКотік, Оксана Олегівна
dc.date.accessioned2020-05-28T08:20:01Z
dc.date.available2020-05-28T08:20:01Z
dc.date.issued2020-05
dc.description.abstractenTopicality: oxide graphene - a single layer of graphite where carbon bonds on the surface are more connected with oxygen. This material just get in the hydrogen solution and precipitate any substrate. Reduced graphene oxide is a two dimensional material that is promising for the manufacture of various types of sensors - from infrared sensors to chemical gas sensors. Therefore, obtaining reduced graphene oxide with high electrical conductivity at low annealing temperatures allows to have a basic cheap two-dimensional material for different types of sensors on flexible substrates, which is necessary for the medical industry, robotics and flexible micro- and photoelectronics. Relationship of work with scientific programs, plans, themes cathedra: оbject of research: The theme of the work corresponds to the priority scientific direction of the Department of General Physics and Solid State Physics - "Fundamental research of the most important issues of scientific, technical, socioeconomic, human potential to ensure Ukraine's competitiveness in the world and sustainable development of society and state." The goal of the work: research the effect of plasma treatment on the physicochemical and electrophysical properties of graphene oxide, comparing them with low-temperature thermal reduction. Obtaining basic material for gas and temperature sensors. Object of research: research optical and electrophysical properties of graphene oxide films after various low-temperature annealing methods. Subject of research: graphene oxide reduced at low temperatures in the RF plasma discharge. Research methods: infrared spectroscopy, XPS spectroscopy, volt-ampere characteristics, temperature and frequency dependence of electrical conductivity. Information about the volume of the report, the number of illustrations, tables, applications and literary names in the list of used ones: the report consists of a list of symbols, symbols, abbreviations and terms, introduction, main part (three sections), conclusions, list of reference sources (72); contains 29 figures and tables. Full report – 85 pages. The purpose of the individual task, the methods used and the results obtained: the purpose of the individual task is to study the chemical bonds and electrophysical properties in films of graphene oxide reduced in RF plasma discharge in a hydrogen atmosphere: conductivity on alternating current, temperature dependences of graphene oxide, determination of the conductivity mechanism, temperature resistivity. It was shown that low-temperature plasma treatment of graphene oxide in a mixture of nitrogen and hydrogen for 5 seconds leads to a significant reduction in electrical resistance of the two-dimensional film (up to 8 orders of magnitude) much greater (up to 2 orders of magnitude) than thermal annealing at 350 ° C in vacuum for 15 minutes. indicates the effect on the film of non-thermal factors that occur during RF plasma treatment. It was found that the mechanism of film conductivity can be described by the Mott mechanism (hopping conductivity on traps located near the Fermi level) in two sections of frequency and temperature dependences of conductivity with different parameters indicating the heterogeneity of the obtained film. The reduced graphene oxide films show a significant temperature coefficient of resistance, much better than gold and silver, which allows it to be propagated as a temperature sensor in the range from - 50 to + 100C. Novelty: for the first time it was shown that graphene oxide films can be significantly reduced by low-temperature direct exposure to RF plasma discharge in an atmosphere of nitrogen-hydrogen mixture. The significant temperature coefficient of resistance indicates that the films of reduced graphene can be used as a temperature sensor on a flexible plastic substrate. Conclusion: research of chemical bonds in graphene oxide films by IR spectroscopy show the effective introduction of hydrogen and nitrogen bonds into the graphene structure during the treatment of RF plasma discharge in the forming gas. Annealing in plasma modification was performed at lower values of temperature and duration than thermal annealing, but the conductivity of the samples after plasma treatment is higher by an order of magnitude, indicating a significant effect on material parameters of non-thermal factors occurring in plasma modification of material. The temperature coefficient of resistance of plasma-reduced graphene oxide is much higher than that of gold, silver and carbon nanotube films. The presented results show that graphene oxide reduced at low temperatures is a very promising material for creating temperature sensors on flexible substrates.uk
dc.description.abstractukАктуальність: 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.uk
dc.format.page93 с.uk
dc.identifier.citationКотік, О. О. Плазмова обробка оксиду графену : магістерська дис : 104 ФІзика та астрономія / Котік Оксана Олегівна. – Київ, 2020. – 93 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/33814
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.subjectоксид графенуuk
dc.subjectтемпературний коефіцієнт опоруuk
dc.subjectмеханізм електричної провідностіuk
dc.subjectелектрична провідністьuk
dc.subjectXPS спектроскопіяuk
dc.subjectінфрачервона спектроскопіяuk
dc.subjectплазмова обробкаuk
dc.subjectвідновлений оксид графенуuk
dc.subjectgraphene oxideuk
dc.subjecttemperature coefficient of resistanceuk
dc.subjectreduced graphene oxideuk
dc.subjectinfrared spectroscopyuk
dc.subjectXPS spectroscopyuk
dc.subjectelectrical conductivity mechanismuk
dc.subjectelectrical conductivityuk
dc.subject.udc544.558.77uk
dc.titleПлазмова обробка оксиду графенуuk
dc.typeMaster Thesisuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Kotik_magistr.pdf
Розмір:
2.87 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.06 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Магістерські роботи (ЗФФТТ)
Магістерські роботи