Исследование электрических, оптических и магнитных свойств наноструктурированных углеродных материалов и гибридных пленок на основе углеродных и неорганических нанотрубок и фуллеренов для разработки элементов устройств преобразования и аккумуляции энергии. По заданию 2.31.1: ГПНИ «Физическое материаловедение, новые материалы и технологии», подпрограмма "Наноматериалы и нанотехнологии" : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель В. К. Ксеневич

Abstract

Объекты исследования: гибридные материалы на основе наноструктурированного углерода (графена, графеноподобных слоев, нанотрубок) и неорганических наноразмерных структур (графеноподобных слоев, нанотрубок и фуллереноподобных частиц WS2). Цель работы: исследование электрических, оптических и магнитотранспортных свойств наноструктурированных углеродных материалов, включая гибридные пленки на основе углеродных и неорганических (WS2) нанотрубок и фуллеренов для дальнейшего их использования в качестве элементов устройств преобразования и аккумуляции энергии. Используемые методы включают в себя спектроскопию комбинационного рассеяния, импедансную спектроскопию, измерения вольтамперных характеристик, зависимостей сопротивления от температуры и магнитного поля, измерения фотопроводимости. Результаты НИР: разработана методика формирования гибридных композиционных материалов, представляющих собой смесь углеродных нанотрубок (УНТ) и неорганических нанотрубок (наночастиц) дисульфида вольфрама; исследована электропроводность на постоянном и переменном токе в диапазоне частот 20 Гц – 1 МГц пленок из углеродных нанотрубок и гибридных пленок в интервале температур 2–300 К; показана возможность управляемого варьирования электропроводности и импеданса гибридных пленок посредством изменения соотношения в них углеродной и неорганической компонент; установлено, что при низких температурах импеданс пленок определяется емкостью и сопротивлением барьеров между углеродными нанотрубками и емкостью и сопротивлением самих нанотрубок; установлено, что при уменьшении содержания неорганической компоненты в композитных наноматериалах, состоящих из однослойных углеродных нанотрубок и нанотрубок из дисульфида вольфрама наблюдается увеличение температурного коэффициента сопротивления и уменьшение вклада емкостной компоненты в импеданс нанокомпозитов; установлено, что нелинейные электрические свойства пленок из углеродных нанотрубок и гибридных пленок, состоящих из углеродных нанотрубок и нанотрубок (наночастиц) дисульфида вольфрама, могут быть описаны в рамках модели флуктуационно-индуцированного туннелирования; установлено, что в металлоуглеродных композитах основным механизмом нелинейности вольт-амперных характеристик является повышение температуры электронной системы относительно температуры фононной системы углеродной матрицы, что приводит к изменению вклада в электропроводность одновременно двух типов квантовых поправок, вызванных слабой локализацией и электрон-электронным взаимодействием. Степень внедрения: результаты НИР внедрены в учебный процесс БГУ. Область применения: результаты НИР могут быть использованы при создании функциональных элементов электроники, оптоэлектроники и спинтроники, а также при создании устройств преобразования и аккумуляции энергии. Кроме того, выполнение проекта окажет научную поддержку обучению на физическом факультете БГУ студентов по специальности «Наноматериалы и нанотехнологии».