Графен, фуллерены, нанотрубки и волокна — все эти углеродные наноматериалы уже изучены и широко используются. Однако учёные продолжают создавать новые структуры и находить для них области приложения. Такой новой структурой являются и плёнки из углеродных нанотрубок, расположенных в случайном порядке.
Такие плёнки обладают уникальными свойствами: они механически стабильны, пластичны, отличаются высокой адгезией к различным подложкам, имеют прекрасные электрические и оптические характеристики. Использовать такие материалы можно в экранах, модуляторах, антеннах и других электроустройствах.
Для наибольшей эффективности в использовании плёнок, нужно иметь хорошее представление о том, какие физические принципы обусловливают их электрические и электродинамические свойства. Последние особенно ярко проявляются в терагерцовом и дальнем инфракрасном диапазонах.
Совместное исследование учёных МФТИ и Сколтеха сфокусировано на проводимости плёнок в этих диапазонах. Специалисты подвергали плёнки, созданные из нанотрубок разной длины, разному воздействию. В том числе — воздействию кислородной плазмой в течение 100-400 секунд. Это позволяло менять электродинамические свойства плёнок.
Оказалось, что уменьшение длины трубок, а также длительное плазменное воздействие, сказываются на их проводимости: она значительно снижается. Плазма увеличивает количество повреждений в нанотрубках, а значит и количество барьеров на пути электронов. При этом примечательно, что на высоких частотах электроны перестают «чувствовать» наличие барьеров и ведут себя как свободные.
Также учёные выяснили, что при более чем 100-секундной длительности облучения или длине нанотрубок меньше 0.3 мкм температурный коэффициент сопротивления выходит на насыщение: структура плёнки нарушается, а вместе с этим и пропадают её особые свойства.
«Если нанотрубки подробно и давно изучались, то макрообъекты из этих трубок — пленки — стали исследоваться относительно недавно. По сравнению с металлическими пленками, они гораздо легче, химически и механически стабильны, что делает их привлекательными для применений в электронике. Зная фундаментальную физику, определяющую электрические свойства пленок, мы можем целенаправленно подстраивать эти свойства для конкретных практических применений. Особенно актуальны исследования на частотах терагерцового диапазона, которые будут рабочими в средствах телекоммуникации недалекого будущего», — комментирует заведующий лабораторией терагерцовой спектроскопии МФТИ Борис Горшунов. «Оказалось, что контролируемое разрушение этого замечательного материала путем обработки пленок микроволновой плазмой приводит к новым интересным и неожиданным свойствам. В частности, мы наблюдаем значительное увеличение температурного коэффициента сопротивления в пленках из однослойных углеродных нанотрубок. Происходит это за счет того, что конкурирующие вклады в проводимость от металлических и полупроводниковых трубок перестают играть важную роль, а проводимость пленки главным образом определяется сформированными дефектами. Это представляет большой интерес для создания приборов нового поколения, например высокоскоростных болометров, работающих при комнатной температуре», — замечает профессор Альберт Насибулин, заведующий лабораторией наноматериалов Сколковского института науки и технологий.Фото: МФТИ, Сколтех
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.