Рассмотрены методы локальной модификации углеродной поверхности с помощью атомно-силовой микроскопии на воздухе и сканирующей капиллярной микроскопии в растворах электролитов. Отмечено, что применение сканирующей зондовой микроскопии позволяет определить строение, физико-химические и электрофизические характеристики 2D-структур с пространственным разрешением до единиц и долей нанометра.

УДК 621.385.833; ВАК 05.11.13; DOI: 10.22184/1993-8578.2018.83.3.246.249

sitemap
Наш сайт использует cookies. Продолжая просмотр, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с нашей Политикой Конфиденциальности
Согласен
Поиск:

Вход
Архив журнала
Журналы
Медиаданные
Редакционная политика
Реклама
Авторам
Контакты
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
© 2001-2025
РИЦ Техносфера
Все права защищены
Тел. +7 (495) 234-0110
Оферта

Яндекс.Метрика
R&W
 
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по нанотехнологиям
Головин Д.Ю., Тюрин А.И., Самодуров А.И., Дивин А. Г., Головин Ю.И.; под общей редакцией Ю.И. Головина
Другие серии книг:
Мир материалов и технологий
Библиотека Института стратегий развития
Мир квантовых технологий
Мир математики
Мир физики и техники
Мир биологии и медицины
Мир химии
Мир наук о Земле
Мир электроники
Мир программирования
Мир связи
Мир строительства
Мир цифровой обработки
Мир экономики
Мир дизайна
Мир увлечений
Мир робототехники и мехатроники
Для кофейников
Мир радиоэлектроники
Библиотечка «КВАНТ»
Умный дом
Мировые бренды
Вне серий
Библиотека климатехника
Мир транспорта
Мир фотоники
Мир станкостроения
Мир метрологии
Мир энергетики
Книги, изданные при поддержке РФФИ
Выпуск #3/2018
А.Ахметова, Г.Мешков, О.Синицына, И.Яминский
Методы наноскопии для направленной модификации наноразмерных 2D-структур и определения их физико-химических и электрофизических характеристик
Просмотры: 2652
Рассмотрены методы локальной модификации углеродной поверхности с помощью атомно-силовой микроскопии на воздухе и сканирующей капиллярной микроскопии в растворах электролитов. Отмечено, что применение сканирующей зондовой микроскопии позволяет определить строение, физико-химические и электрофизические характеристики 2D-структур с пространственным разрешением до единиц и долей нанометра.

УДК 621.385.833; ВАК 05.11.13; DOI: 10.22184/1993-8578.2018.83.3.246.249
С
канирующая зондовая микроскопия включает в себя большое число методов как изучения наноструктур, так и направленной модификации их физико-химических и электрофизических свойств. Наноразмерные 2D-структуры являются перспективной основой для создания высокоэффективных энергонакопителей и катализаторов с использованием углеродных материалов и биополимеров.
Для направленной модификации углеродной поверхности авторами использованы методы атомно-силовой микроскопии во влажной среде и сканирующей ион-проводящей микроскопии в электролите. Модификация углеродной поверхности под действием отрицательного электрического напряжения, приложенного к зонду атомно-силового микроскопа, происходит за счет локального анодного окисления [1]. Эффективность этого процесса во многом зависит от условий окружающей среды, в основном, от влажности воздуха. В более сухом воздухе для инициирования локального анодного окисления приходится увеличивать разность потенциалов между зондом и поверхностью углеродного материала. Типичное значение рабочих напряжений для типичных лабораторных условий находится в диапазоне от 2 до 8 В.

Существенный интерес для решения задач энергоэффективных технологий представляет создание методом литографии наноструктурированной поверхности большого масштаба, состоящей из графита и оксида графита [2]. Для этого нами создана экспериментальная установка по химической модификации поверхности углеродных материалов методом локального анодного окисления в системе с контролируемыми внешними параметрами (температура, влажность, состав воздушной атмосферы) с помощью атомно-силового микроскопа "ФемтоСкан" [3].
Примеры литографических рисунков приведены на рис.1.
Новым направлением химической модификации углеродных материалов (графита, графена) является сканирующая капиллярная микроскопия. В этом случае адресная доставка реагентов может проводиться с помощью многоканального нанокапилляра [4].
Изучение кинетики интеркаляции и деинтеркаляции ионов лития из материала катода аккумулятора было проведено с помощью сканирующего капиллярного микроскопа, в котором ионы лития подавались через нанокапилляр.
Ранее, в работе [5], был использован метод атомно-силовой микроскопии для наблюдения интеркаляции серной кислоты с образованием блистеров на поверхности высокоориентированного пиролитического графита (ВОПГ) и высокосовершенного пиролитического графита (ВСПГ). Различие ВОПГ и ВСПГ состоит в технологии получения материала. В результате, ВСПГ имеет более совершенную структуру с меньшим содержанием дефектов на поверхности, в том числе ступеней скола. После химического окисления по методу Хаммерса на поверхности ВСПГ, в отличие от ВОПГ, формируются блистеры.
Существенное преимущество сканирующей капиллярной микроскопии состоит в том, что процесс химического окисления можно проводить локальным образом с помощью дополнительного канала нанокапилляра. При этом основной канал нанокапилляра служит в качестве измерительного зонда для записи топографического рельефа окисленной области.
Ранее нами были получены результаты по регистрации локального распределения потенциала поверхности высокоориентированного пиролитического графита методом сканирующей резистивной микроскопии [6]. Данные сканирующей кельвиновской микроскопии подтверждают этот результат.
Установление взаимосвязи между топографией поверхности и ее электрофизическими свойствами с пространственным разрешением на уровне единиц нанометров возможно при использовании совмещенных режимов сканирующей зондовой микроскопии: одновременном измерении топографии образца и распределения нескольких локальных параметров его поверхности (сопротивления растекания, поверхностного заряда, электрического тока и пр.).
Определение локального тока заряда / разряда проведено с помощью сканирующей капиллярной (ион-проводящей) микроскопии. Оценка общего числа циклов заряда / разряда для локальных областей катода с помощью сканирующей зондовой микроскопии показывает, что эта величина составляет 100 и более раз для случая, когда уменьшение тока не превышает 60%.
С помощью разновидностей сканирующей зондовой микроскопии – атомно-силовой микроскопии, сканирующей резистивной микроскопии, кельвиновской микроскопии, сканирующей капиллярной микроскопии – можно получать следующую информацию: топографический рельеф, карту распределения локальной электрической проводимости образца, распределение поверхностного заряда, наличие диэлектрических включений. При этом достигаемое пространственное разрешение составляет единицы и доли нанометра. Модификация углеродной поверхности проводится локальным образом во влажной воздушной среде с помощью зонда атомно-силового микроскопа при приложении к нему отрицательного потенциала. Локальная модификация поверхности углеродных материалов в растворах электролитов проводится с помощью сканирующего капиллярного микроскопа.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ (проект № 16-29-06290).

ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
1. Yaminsky I., Meshkov G., Akhmetova A. Methods of nanoscopy in the study of carbon materials and biopolymers // NANOINDUSTRY. 2017. No. 4 (75). P. 46–51.
2. Sinitsyna O.V., Akhmetova A.I., Meshkov G.B., Goncharova T.S., Pylev I.S., Smirnova M.E., Belov Yu.K., Yaminsky I.V. Influence of microstructure of graphite precursor on formation of graphite oxide // NANOINDUSTRY. 2018. No. 2 (81). P. 170–172.
3. Sinitsyna O.V., Yaminsky I.V. Etching of graphite with a STM needle // NANOINDUSTRY. 2017. No. 8 (79). P. 38–43.
4. Yaminsky I., Akhmetova A., Meshkov G., Salehi F. Combined capillary and probe microscopy // NANOINDUSTRY. 2018. No. 1 (80). P. 44–48.
5. Sinitsyna O.V., Meshkov G.B., Grigorieva A.V., Antonov A.A., Grigorieva I.G., and Yaminsky I.V. Blister formation during graphite surface oxidation by hummers’ method // Beilstein journal of nanotechnology. 2018. No. 9. P. 407–414.
6. Meshkov G.B., Sinitsyna O.V., Rajabzoda Sh.S., Yaminsky I.V. еt al. Scanning resistive microscopy of graphene oxides // NANOINDUSTRY. 2017. No. 7 (78). P. 48–53.
1 Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова (Москва, Россия) / Lomonosov Moscow State University (Moscow, Russia).
2 Институт элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова РАН (Москва, Россия) / Institute of Organoelement compounds RAS (Moscow, Russia).
3 Центр перспективных технологий (Москва, Россия) / Advanced Technologies Center (Moscow, Russia).
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art