ПОЛИМЕРНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ, УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ, ТОНОКОПЛЕНОЧНЫЕ СТРУКТУРЫ, ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
|
Введение 5
Глава 1. Пленочные структуры на основе полимерных нанокомпозитов с углеродными нанотрубками в современной микроэлектронике 7
1.1 Полимерные нанокомпозиты с углеродными нанотрубками: виды, свойства,
применение 7
1.2 Примеры применения пленочные структуры на основе полимерных
нанокомпозитов с углеродными нанотрубками в радиоэлектронике 11
1.3 Получение и функционализация углеродных нанотрубок 15
1.4 Оборудование необходимое в подготовке материалов для получения
тонкопленочных структур с включением углеродных нанотрубок 18
1.5 Существующие методы получения пленочных структур 20
1.5.1 Методы нанесения тонкопленочных структур 20
1.5.2 Метод нанесение покрытия погружением 22
, .... . 23
1.5.3 Метод центрифугирования
28
1.6 Оборудование для получения тонкопленочных структур
1.7 Выводы 30
Глава 2. Разработка экспериментальной установки для получения пленок 32
2.1 Структурная схема экспериментальной установки и ее основные компоненты... 32
2.2 Разработка электрической принципиальной схемы усилителя
экспериментальной установки 36
2.3 Апробация технологии получения тонкопленочных структур
с включениями углеродных нанотрубок 42
2.3.1 Методика подготовки материалов для изготовления пленок 42
2.3.2 Методика получения тонкопленочных структур 43
2.4 Выводы 45
Глава 3. Электрофизические характеристики полимерных тонкопленочных структур с включениями углеродных нанотрубок 46
3.1 Измерительный комплекс для исследования электрофизических характеристик
пленок 46
3.2 Образцы тонкопленочных структур поливинилового спирта
с углеродными нанотрубками 48
3.3 Электрофизические характеристики тонкопленочных структур с включениями
углеродных нанотрубок на подложках из стекла с напылением слоя индий - олово(1ТО) 50
3.4 Электрофизические характеристики тонкопленочных структур с включениями
углеродных нанотрубок на кремниевых подложках 52
3.5 Выводы 60
Заключение 62
Список используемых источников 65
Приложение
Глава 1. Пленочные структуры на основе полимерных нанокомпозитов с углеродными нанотрубками в современной микроэлектронике 7
1.1 Полимерные нанокомпозиты с углеродными нанотрубками: виды, свойства,
применение 7
1.2 Примеры применения пленочные структуры на основе полимерных
нанокомпозитов с углеродными нанотрубками в радиоэлектронике 11
1.3 Получение и функционализация углеродных нанотрубок 15
1.4 Оборудование необходимое в подготовке материалов для получения
тонкопленочных структур с включением углеродных нанотрубок 18
1.5 Существующие методы получения пленочных структур 20
1.5.1 Методы нанесения тонкопленочных структур 20
1.5.2 Метод нанесение покрытия погружением 22
, .... . 23
1.5.3 Метод центрифугирования
28
1.6 Оборудование для получения тонкопленочных структур
1.7 Выводы 30
Глава 2. Разработка экспериментальной установки для получения пленок 32
2.1 Структурная схема экспериментальной установки и ее основные компоненты... 32
2.2 Разработка электрической принципиальной схемы усилителя
экспериментальной установки 36
2.3 Апробация технологии получения тонкопленочных структур
с включениями углеродных нанотрубок 42
2.3.1 Методика подготовки материалов для изготовления пленок 42
2.3.2 Методика получения тонкопленочных структур 43
2.4 Выводы 45
Глава 3. Электрофизические характеристики полимерных тонкопленочных структур с включениями углеродных нанотрубок 46
3.1 Измерительный комплекс для исследования электрофизических характеристик
пленок 46
3.2 Образцы тонкопленочных структур поливинилового спирта
с углеродными нанотрубками 48
3.3 Электрофизические характеристики тонкопленочных структур с включениями
углеродных нанотрубок на подложках из стекла с напылением слоя индий - олово(1ТО) 50
3.4 Электрофизические характеристики тонкопленочных структур с включениями
углеродных нанотрубок на кремниевых подложках 52
3.5 Выводы 60
Заключение 62
Список используемых источников 65
Приложение
Основными технологическими способами получения полимерных композитов в течении длительного времени было механическое смешивание наполнителя и полимерной матрицы. Полимерное наполнение - химическая прививка катализатора или инициатора к поверхности наполнителя с последующей полимеризацией или сополимеры мономеров на этих поверхностях - возможно открывает новую грань в создании композитов. Развитие технологии композитных полимерных материалов в настоящее время определяется научными исследованиями полимерных материалов, так как проблема взаимодействия наполнителя и матрицы очень неоднозначна. Современный человек сталкивается с полимерными материалами не только в технике, но и в повседневной жизни, поэтому знание главного свойства этих материалов и возможность их правильного использования постепенно становятся необходимыми для большего числа людей.
Полимерные композиты с углеродными нанотрубками (УНТ) обладают рядом уникальных электрофизических и физико-механических свойств, позволяющих как создавать новые элементы электроники, так и улучшать характеристики существующих, таких как датчики давления, суперконденсаторы, органические светодиоды и т.д.
Наиболее перспективными для создания элементов микроэлектронной сенсорики являются тонкопленочные структуры полимерных нанокомпозитов с УНТ. В таких структурах в наибольшей степени должны проявляться особенности распределения и ориентации УНТ в полимерной матрице. Исследование влияния этих особенностей на электрофизические характеристики пленочных нанокомпозитных структур с УНТ позволит дополнить и развить модели токопротекания и релаксации проводимости таких структур при их статическом и импульсном механическом, оптическом или электрическом возбуждении, и определить возможности повышения чувствительности сенсоров на основе таких структур к различным 5
воздействиям. Возможность использования нанокомпозитов с углеродными наноструктурами (фуллерены, графен, УНТ) в электронике представляет большой научный и практический интерес в течение трех последних десятилетий.
Однако связь характеристик таких пленочных структур с концентрацией, распределением и ориентацией УНТ в полимерной матрице остается недостаточно изученной.
Работа направлена на получение и исследование электрофизических свойств тонкопленочных структур полимерных нанокомпозитов с УНТ.
Полимерные композиты с углеродными нанотрубками (УНТ) обладают рядом уникальных электрофизических и физико-механических свойств, позволяющих как создавать новые элементы электроники, так и улучшать характеристики существующих, таких как датчики давления, суперконденсаторы, органические светодиоды и т.д.
Наиболее перспективными для создания элементов микроэлектронной сенсорики являются тонкопленочные структуры полимерных нанокомпозитов с УНТ. В таких структурах в наибольшей степени должны проявляться особенности распределения и ориентации УНТ в полимерной матрице. Исследование влияния этих особенностей на электрофизические характеристики пленочных нанокомпозитных структур с УНТ позволит дополнить и развить модели токопротекания и релаксации проводимости таких структур при их статическом и импульсном механическом, оптическом или электрическом возбуждении, и определить возможности повышения чувствительности сенсоров на основе таких структур к различным 5
воздействиям. Возможность использования нанокомпозитов с углеродными наноструктурами (фуллерены, графен, УНТ) в электронике представляет большой научный и практический интерес в течение трех последних десятилетий.
Однако связь характеристик таких пленочных структур с концентрацией, распределением и ориентацией УНТ в полимерной матрице остается недостаточно изученной.
Работа направлена на получение и исследование электрофизических свойств тонкопленочных структур полимерных нанокомпозитов с УНТ.
В ходе работы были был проведен обзор материалов, оборудования и методик получения и исследования тонкопленочных структур с включениями углеродных нанотрубок. Рассмотрены их основные характеристики. Разработана экспериментальная установка для получения тонкопленочных структур с включениями различного процентного содержания углеродных нанотрубок. Получены и исследованы электрофизических свойства тонкопленочных структур полимерных нанокомпозитов. Проведены экспериментальные исследования вольт- амперных, вольт-фарадных характеристик пленок поливинилового спирта с включением многостенных углеродных нанотрубок, нанесенных на подложки из кремния и ITO. Показано, что указанные структуры имеют нелинейный характер вольт-амперных характеристик, положительный температурный коэффициент сопротивления при прямом смещении и меняющий знак с отрицательного на положительный температурный коэффициент сопротивления при обратном смещении. Также по результатам проведенных экспериментальных исследований ВАХ и ВФХ пленочных структур ПВС с включением МУНТ на кремниевых подложках установлено, что указанные структуры имеют нелинейный характер вольтамперных характеристик, положительный температурный коэффициент сопротивления при прямом смещении и меняющий знак с отрицательного на положительный температурный коэффициент сопротивления при обратном смещении.
По результатам данной работы были написаны и опубликованы статьи:
1. Электрические свойства пленок поливинилового спирта с включениями многостенных углеродных нанотрубок на кремниевых подложках / С. В. Васин, M. C. Ефимов // Радиоэлектронная техника: межвузовский сборник научных трудов, УлГТУ, 2019. - С. 135-141;
2. Исследование электрофизических свойств органических пленок с включениями углеродных нанотрубок / M. C. Ефимов, С. В. Васин // Актуальные проблемы физической и функциональной электроники, Ульяновск, УлГТУ. - С. 246-247;
3. Особенности токопереноса в пленках поливинилового спирта с включениями многостенных углеродных нанотрубок на подложках Si / С. В. Васин, M. C. Ефимов, В.А. Сергеев// Письма в ЖТФ, 2020, том 46, вып. 12,
С.26-29.
Также принимались участие в научно-технических конференциях, школах семинарах научно-теоретическом семинаре:
1. Диплом 1ой степени за успехи в научно-исследовательской
работе и доклад на студенческой научно-технической конференции
(Ульяновск, 17 апреля 2019)
2. Диплом 1ой степени за успехи в научно-исследовательской
работе и доклад на студенческой научно-технической конференции
(Ульяновск, 16 апреля 2020)
3. Диплом 3ей степени за лучший доклад на 22-ой Всероссийской молодежной научной школе-семинаре “АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИЧЕСКОЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ” (Ульяновск, 2019)
Тема доклада: «Исследование электрофизических свойств
органических пленок с включениями углеродных нанотрубок»
Ефимов М.С., Васин С.В.
Автор является участником проекта Российского фонда фундаментальных исследований и Правительства Ульяновской области (проект № 19-42-730011) по теме: «Синтез и исследование свойств
пленочных структур полимерных нанокомпозитов с углеродными нанотрубками для применения в микроэлектронной сенсорике».
По результатам данной работы были написаны и опубликованы статьи:
1. Электрические свойства пленок поливинилового спирта с включениями многостенных углеродных нанотрубок на кремниевых подложках / С. В. Васин, M. C. Ефимов // Радиоэлектронная техника: межвузовский сборник научных трудов, УлГТУ, 2019. - С. 135-141;
2. Исследование электрофизических свойств органических пленок с включениями углеродных нанотрубок / M. C. Ефимов, С. В. Васин // Актуальные проблемы физической и функциональной электроники, Ульяновск, УлГТУ. - С. 246-247;
3. Особенности токопереноса в пленках поливинилового спирта с включениями многостенных углеродных нанотрубок на подложках Si / С. В. Васин, M. C. Ефимов, В.А. Сергеев// Письма в ЖТФ, 2020, том 46, вып. 12,
С.26-29.
Также принимались участие в научно-технических конференциях, школах семинарах научно-теоретическом семинаре:
1. Диплом 1ой степени за успехи в научно-исследовательской
работе и доклад на студенческой научно-технической конференции
(Ульяновск, 17 апреля 2019)
2. Диплом 1ой степени за успехи в научно-исследовательской
работе и доклад на студенческой научно-технической конференции
(Ульяновск, 16 апреля 2020)
3. Диплом 3ей степени за лучший доклад на 22-ой Всероссийской молодежной научной школе-семинаре “АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИЧЕСКОЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ” (Ульяновск, 2019)
Тема доклада: «Исследование электрофизических свойств
органических пленок с включениями углеродных нанотрубок»
Ефимов М.С., Васин С.В.
Автор является участником проекта Российского фонда фундаментальных исследований и Правительства Ульяновской области (проект № 19-42-730011) по теме: «Синтез и исследование свойств
пленочных структур полимерных нанокомпозитов с углеродными нанотрубками для применения в микроэлектронной сенсорике».