30.06.2020
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.
25 ноября
Илья Ведмеденко

Российские инженеры спроектировали самолет для межконтинентальных полетов в стратосфере. Его можно назвать условным аналогом британского Skylon.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

Позавчера, 12:12
Анастасия Михалева

За всю историю исследования в космосе побывали более 500 человек. В океан на глубину более 10 километров спускались всего трое. Мы до сих пор знаем о Мировом океане и его обитателях недопустимо мало.

25 ноября
Илья Ведмеденко

Российские инженеры спроектировали самолет для межконтинентальных полетов в стратосфере. Его можно назвать условным аналогом британского Skylon.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

Позавчера, 12:12
Анастасия Михалева

За всю историю исследования в космосе побывали более 500 человек. В океан на глубину более 10 километров спускались всего трое. Мы до сих пор знаем о Мировом океане и его обитателях недопустимо мало.

3 ноября
Ольга Иванова

Исследований на эту тему, как ни странно, мало, хотя предположений — великое множество. По мнению ученых из Венгрии, одна из причин такого поведения — высокая концентрация внимания на речи хозяина, а еще это означает, что собака слышит знакомое слово.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

2 ноября
Мария Азарова

Авторы новой работы на примере Шотландии определили характеристики людей, умерших от Covid-19, хотя они были привиты, а также выявили основные предикторы смертности.

[miniorange_social_login]

Комментарии

2 Комментария

30.06.2020
-
0
+
Комментарий удален пользователям или модератором...
30.06.2020
-
0
+
Хорошая статья
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: