Найден новый бесконтактный способ измерения толщины пленок из углеродных нанотрубок — Naked Science
8 минут
Сколтех
2

Найден новый бесконтактный способ измерения толщины пленок из углеродных нанотрубок

4.5

Ученые Сколтеха в сотрудничестве с российскими и финскими коллегами нашли новый, бесконтактный способ измерения толщины пленок однослойных углеродных нанотрубок, имеющий перспективы применения в самых разных областях – от солнечной энергетики до умной ткани.

Структура углеродной нанотрубки под микроскопом / ©www.uni-kiel.de

Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Physics Letters. Однослойная углеродная нанотрубка (ОУНТ) представляет собой свернутый в трубку лист графита толщиной в один атом. ОУНТ — одна из аллотропных форм углерода наряду с фуллеренами, графеном, алмазом и графитом. Однослойные углеродные нанотрубки имеют широкие перспективы промышленного применения в самых разных областях, от солнечных батарей и светодиодов до сверхбыстрых лазеров, прозрачных электродов и умной ткани.

Однако многие приложения требуют довольно точных измерений толщины пленки и ее оптических свойств. «Для целого ряда применений большое значение имеет толщина пленки, определяющая количество света, которое она может пропускать в видимом спектральном диапазоне, то есть чем выше прозрачность пленки, тем меньше ее толщина.

Схема подготовки пленок из ОУНТ к эксперименту / ©Pavel Odinev / Пресс-служба Сколтеха

Кроме того, точность контроля толщины пленки и ее оптических постоянных имеет крайне важное значение при создании эффективных прозрачных электродов. Например, в случае солнечных батарей знать толщину пленки необходимо для того, чтобы улучшить антиотражающие свойства поверхности прозрачного слоя из ОУНТ. Для оценки и последующего использования механических свойств пленок ОУНТ необходимо сначала знать их геометрические размеры», – рассказывает руководитель Лаборатории наноматериалов Центра фотоники и квантовых материалов Сколтеха профессор Альберт Насибулин.

Сейчас для измерения оптических свойств используются методы абсорбционной спектроскопии и спектроскопии характеристических потерь энергии электронами, а для определения геометрических параметров – методы просвечивающей электронной микроскопии, сканирующей электронной микроскопии или атомно-силовой микроскопии. Все эти методы очень трудоемки и требуют дорогостоящего оборудования и специальной подготовки образцов, что может повлиять на измеряемые свойства пленок ОУНТ.

Группе исследователей во главе с профессором Сколтеха и Университета Аалто Альбертом Насибулиным удалось разработать быстрый, универсальный, бесконтактный метод точной оценки толщины пленок ОУНТ и их диэлектрических функций. Ученые выбрали нестандартный путь, решив использовать быстрый и высокочувствительный неразрушающий метод спектроскопической эллипсометрии.

«Эллипсометрия – это непрямой бесконтактный метод, который можно применять для определения параметров пленки, но, к сожалению, далеко не всегда стандартные алгоритмы обработки данных дают удовлетворительный результат. На первый взгляд может показаться, что пленка из углеродных нанотрубок — это очень неудобный объект для эллипсометрии, поскольку она состоит из миллионов отдельных и связанных воедино трубок нанометрового размера, ориентированных случайным образом.

Для таких пленок характерны сильное поглощение во всем спектральном диапазоне, слабое отражение и анизотропия оптических свойств. И тем не менее, первый автор статьи, студент совместной магистерской программы Сколтеха и МФТИ, Георгий Ермолаев разработал элегантный алгоритм, позволяющий получать данные о толщине и оптических постоянных пленок нанотрубок из одного набора оптических измерений», – отмечает один из авторов работы, старший научный сотрудник Сколтеха Юрий Гладуш.

Исследователи изготовили пленки SWCNT различной толщины с поглощением в диапазоне от 90% до 45% в области спектра около 550 нанометров и определили коэффициент преломления в широком спектре (250–3300 нм) и соответствующую толщину пленок.

«Мы ожидали, что оптические свойства пленок будут зависеть от плотности упаковки углеродных нанотрубок, но не ожидали, что эта зависимость окажется столь значительной. При добавлении одной капли этанола происходит уплотнение пленки, а коэффициент преломления увеличивается с 1,07 до 1,7, что позволяет контролировать оптические свойства пленок ОУНТ», – добавляет Насибулин.

Исследователи полагают, что полученные результаты могут быть использованы другими учеными применительно не только к углеродным нанотрубкам, но и к другим аналогичным структурам. Работа проводилась при участии специалистов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, а также компаний GrapheneTek и Canatu Ltd.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Позавчера, 21:59
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

Вчера, 19:42
51 минута
Александр Березин

9 апреля 1940 года Германия внезапно напала на Данию и Норвегию — выполнив тем самым планы британского командования, пытавшегося спровоцировать Берлин на такое нападение. Но дальше все пошло не по плану: Германия победила, союзники проиграли. Тем не менее в этой битве выиграли не только немцы. Парадоксальным образом она помешала и англо-французским планам нападения на СССР в 1940 году, что радикально изменило ход и исход всей мировой войны. Попробуем разобраться в деталях.

Вчера, 10:58
3 минуты
Сергей Васильев

Если хозяин уделяет внимание потенциальному «конкуренту», собаки могут демонстрировать настоящее ревнивое поведение.

Позавчера, 21:59
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

4 апреля
23 минуты
Александр Березин

Немецкие ученые проанализировали склонность жителей восьми стран носить маски и соблюдать антиковидные меры. Самыми «несклонными» оказались граждане США, Швеции, Польши и России, а самыми склонными — немцы, англичане, французы и испанцы. Исследователи пришли к выводу: чем ниже склонность, тем выше смертность. В нашей стране реальная смертность от Covid-19 в несколько раз выше, чем официальная от оперштаба, то есть на деле эффект от пренебрежения масками и дистанцированием, вероятно, весомее. Разбираемся в деталях и в том, как это связано с провалом вакцинации от коронавируса в России.

3 апреля
7 минут
Мария Азарова

Развитие лишних половых членов встречается у одного из пяти-шести миллионов новорожденных. На долю медиков из Курдистана выпал вовсе уникальный случай — трехмесячный мальчик появился на свет с трифаллией.

11 марта
7 минут
Василий Парфенов

Абсолютно фантастический варп-двигатель, с теоретической точки зрения, интересен тем, что принцип его работы сам по себе не нарушает никаких законов физики. Вот только для работы такого устройства потребуются несуществующие материалы с невозможными свойствами — например, отрицательной плотностью энергии. Однако немецкий физик внимательно изучил более ранние научные работы по теме и нашел хитрую лазейку, которая позволяет хотя бы теоретически описать подобный способ передвижения без использования экзотических и аномальных материй.

17 марта
12 минут
Василий Парфенов

Продолжавшееся более пяти лет уголовное дело подошло к завершению: серийного сетевого сексуального маньяка осудили на 75 лет тюремного заключения. Чтобы поймать человека, растлившего 375 несовершеннолетних девушек, потребовалось пойти на беспрецедентные и этически спорные меры: создать вредоносное ПО и подсунуть злоумышленнику видеоловушку со встроенным вирусом.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

[miniorange_social_login]

Комментарии

2 Комментария

30.06.2020
-
0
+
Комментарий удален пользователям или модератором...
30.06.2020
-
0
+
Хорошая статья
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: