Графен. Одного слоя соответствует модулю Юнга порядка

• Название: Одного слоя соответствует модулю Юнга порядка
• Дата: 21.06.2022
• Размер: 19.06 Kb.
• Имя файла: Графен.docx
• Тип: Документы; #607497

Графен – это двумерный кристалл, состоящий из атомов углерода, выстроенных в гексагональную решетку. При этом каждый атом связан с тремя соседними атомами ковалентными химическими -связями с -гибридизацией, а четвертый валентный электрон включен в сопряженную -систему графена.

Уникальные свойства графена объясняются особенностями коллективного взаимодействия электронов в его кристаллической решетке. При таком взаимодействии электроны ведут себя как безмассовые переносчики тока. Наноматериалы принято характеризовать отношением площади поверхности к массе. Для однослойного графена этот показатель составляет приблизительно 2000 .

Графен – самый прочный материал, который когда-либо измерялся (в 100 раз прочнее стали, тверже алмаза). Прочность одного слоя соответствует модулю Юнга порядка 1,0 . Коэффициент жесткости, равный силе, вызывающей единичное перемещение в характерной точке, для графена превышает такой же показатель для алмаза. Прочность на разрыв составляет примерно 42 – это экспериментально подтвержденный теоретический предел.

Несмотря на невероятную прочность, графен обладает гибкостью и может подвергаться 20%-ой деформации без нарушения кристаллической решетки. Вместе с тем графен парадоксально сочетает способность сминаться в складки (как ткань) и хрупкость (как перенапряженный хрусталь). Этот парадокс пока слабо изучен.

Важнейшая характеристика двумерного электронного газа — подвижность носителей заряда , характеризует пригодность материала для современной электроники. Огромные значения обусловлены нулевой массой носителей заряда – амбиполярных пар «электрон–дырка» в графене.

Максимальная подвижность носителей тока одного слоя графена при гелиевой температуре составляет

(1)

При комнатной температуре в однослойном «подвешенном» графене подвижность равна 200 000 . В случае размещения на поверхности диоксида кремния подвижность носителей заряда в графене составляет 40 000 , что в 27 раз больше соответствующего показателя для кремния.

Рекордные значения подвижности и средней длины свободного (без столкновений) пробега носителей в графене свидетельствуют о том, что электроны при комнатной температуре могут перемещаться в графене на субмикронные расстояния без рассеяния – баллистически.

Допустимая плотность тока в графене на шесть порядков превышает этот показатель для меди, что объясняется баллистическим токопрохождением, почти не связанным с выделением тепла. Баллистическая проводимость не критична к материалу подложки.

Огромные значения подвижности, допустимой плотности тока, наличие амбиполярной и баллистической проводимости и специфика электропроводности делают графен многообещающим материалом для будущих наноэлектронных систем.

ПОЛИМЕТИЛМЕТАКРИЛАТ, синтетич. термопластичный полимер метилметакрилата; относится к полиметакрилатам; общая формула ; молекулярная масса от десятков тысяч до нескольких миллионов. П. растворим в собств. мономере и др. сложных эфирах, карбоновых кислотах, кетонах, ароматич. и галогензамещённых углеводородах; устойчив к действию воды, разбавленных растворов щелочей и минер. кислот, масло- и бензостоек. При нагревании выше 110 °С размягчается, переходит в высокоэластич. состояние и легко формуется. Темп-ра деструкции (деполимеризации) 280–300 °С. Осн. недостаток П. – невысокая ударная вязкость (под действием механич. напряжения происходит поверхностное растрескивание). Аморфный атактический П. (плотность 1190 кг/м 3 ) получают радикальной полимеризацией метилметакрилата гл. обр. в блоке, а также в водной суспензии или эмульсии. Блочной полимеризацией производят бесцветный прозрачный листовой П. (стекло органическое), обладающий высокой проницаемостью для лучей видимого и УФ-света, высокой атмосферостойкостью, хорошими механич. и электроизоляц. свойствами. Применяют в авиа-, автомобиле-, приборо- и судостроении, медицине, оптике, светотехнике, строительстве и др. П. физиологически безвреден и стоек к биологич. средам.

ПММА является классическим примером аморфного диэлектрика, он имеет широкую запрещенную зону (более 5 эВ). Дипольный момент полимера относительно большой. По разным оценкам от 1.36 до 1.5 Д. Причем он ориентирован по направлению близкому к нормали к скелетной части макромолекулы.

Образец представляет собой сэндвич структуру – /полимер/ . Технологический маршрут изготовления образцов был следующим. Сначала производилась подготовка стеклянных подложек размером 2520 мм.

Обязательным условием получения бездефектных пленочных структур является отсутствие на поверхности подложек нарушенного слоя и загрязнений. Пленка должна иметь прочную связь, т. е. хорошую адгезию, с подложкой, не ухудшающуюся со временем или под воздействием электрического поля. При этом хорошая адгезия обеспечивается для тех пленочных материалов, которые образуют переходный оксидный слой с материалом подложки. С этой целью производилась жидкостная очистка подложек в органических растворителях для удаления с поверхности подложек жиров животного и растительного происхождения, минеральных масел, смазок, воска, парафина и других органических и механических загрязнений. В качестве растворителей использовался изопропиловый спирт и ацетон.

Для очистки от остатков полярных растворителей после обезжиривания образцы были промыты дистиллированной водой. Обезжиривание, промывка в дистиллированной воде осуществлялась погружением, в ультразвуковой ванне. Для удаления остатков дистиллированной воды производилась сушка подложек в течение 15 минут при температуре 140 .

На очищенную поверхность стеклянной подложки термовакуумным методом наносился слой меди.

Пленки полимеров отливались методом центрифугирования из растворов в циклогексаноне концентрацией 5% и 5,16% (соотношение ПММА и графена – 30/1) соответственно. Затем образец сушился при нормальных условиях в течение 40 минут. Для дальнейшего удаления остатков циклогексанона образцы были помещены в термошкаф при температуре 95 .

Метод центрифугирования представляет собой нанесение раствора целевого материала в растворителе на подложку во время ее вращения. Преимуществом данного метода является способность быстро и легко наносить однородные пленки от нескольких нанометров до нескольких микрон в толщину.

Электрод из индия наносился путем накатывания фольги на поверхность полимера. Толщину пленок измеряли с помощью интерференционного метода, основанный на наблюдении двух смещенных друг относительно друга систем интерференционных полос.

Нелинейный вид ВАХ типичен для токов, ограниченных пространственным зарядом. Кроме того, при значениях напряжения выше 30 В идет небольшое различие зависимостей ВАХ, связанное с влиянием толщины полимерной пленки на проводимость и параметры носителей заряда.

При допировании ПММА графеном идет значительный рост электропроводности. Различие ВАХ для различных образцов объясняется толщиной пленки и содержанием графена в них.

Если сравнить вольт-амперные характеристики образцов структуры /ПММА/ и /(ПММА/графен)/ , то видно, что при допировании ПММА графеном происходит увеличение инжекции. Связано это с тем, что графен уменьшает высоту потенциального барьера.