Исследование вольт-амперных характеристик углеродных нанотрубок Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2012, том 55, №9_

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 631

Х.С.Каримов, академик АН Республики Таджикистан Х.М.Ахмедов, Ф.А.Халид*, С.А.Моиз*,

Тарик Чани*, А.Матин*, Ф.Ахмедов *

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УГЛЕРОДНЫХ

НАНОТРУБОК

Физико-технический институт им. С.У.Умарова АН Республики Таджикистан, Институт технологии и прикладных наук им. Гулам Исхак Хана, Пакистан, Научно-экпериментальное и производственное учреждение АН Республики Таджикистан

Исследованы вольтамперные характеристики плёнок углеродных нанотрубок, осаждённых электрохимическим методом из суспензии углеродных нанотрубок в воде. Показано, что полученные образцы плёнок обладают выправляющими вольт-амперными характеристиками, что может представлять интерес при разработке диодов на их основе.

Ключевые слова: углеродные нанотрубки - вольт-амперная характеристика - электроды - электрохимический метод - вакуумное испарение.

Углеродные нанотрубки (УНТ) проявляют свойства металлов или полупроводников в зависимости от их конкретной структуры [1-5]. На основе УНТ разработаны различные датчики, например влажности, давления, механического напряжения.

Известно, что электрохимическим методом могут быть выращены выпрямляющие диоды (диоды Шоттки) на основе полимерных и низкомолекулярных органических полупроводников [6]. В данной работе описано получение выпрямляющего перехода на основе УНТ электрохимическим методом.

Для экспериментов использовались УНТ, произведённые фирмой «Sun Nanotech Co Ltd., China». Нанопорошок УНТ (10 вес.%) смешивался с дистиллированной водой и наносился на стеклянную подложку с предварительно нанесёнными вакуумным испарением серебряными плёнками -электродами (рис. 1-а). На электроды в процессе осаждения плёнок УНТ прикладывалось постоянное напряжение в 2 В, начальный ток через образец составлял 5 мА. Расстояние между электродами было равно 30 мкм, длина щели между электродами - 10 мм. В течение 5-10 мин. твёрдая плёнка УНТ толщиной 10-15 мкм осаждалась из суспензии в воде (рис. 1 -б).

Адрес для корреспонденции: Ахмедов Хаким Мунаваррович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/1, Физико-технический институт АН РТ. E-mail: [email protected]

УНТ + Н20

Подложка

(а) (б)

Рис. 1. Получение (а) и схематическая конструкция образца Ag / УНТМ^ (б).

На рис. 2 приведены вольт-амперные характеристики (ВАХ) образцов Ag/УНТ/Ag, полученных электрохимическим методом и осаждением плёнки УНТ из суспензии без приложения постоянного напряжения.

Из рис. 2 видно, что ВАХ образца Ag/УНТ/Ag, полученного электрохимическим способом, является ассиметричной, выпрямляющей с коэффициентом выпрямления, равным 3 (это отношение прямого и обратного токов при напряжении ±1В). ВАХ образца Ag/УНТ/Ag, полученного без пропускания электрического тока, является симметричной, не выпрямляющейся. Наличие выпрямляющейся ВАХ образца Ag/УНТ/Ag может быть связано со следующими факторами. Во-первых, электромиграцией ионов Ag с электрода с положительным потенциалом в плёнку УНТ. Этот эффект наблюдался в случае внедрения ионов А1 в кремний [7].

0,05 -

0,04 __2

□„03 ^^ 1 л-----

о.го ; //

0,01 //

1_^ ^ 0 * 1 1

-з —с 12 3

/ /0,01

**

■— -0,04

-0,05 -

Рис. 2. ВАХ образцов Ag/УНТ/Ag, полученных электрохимическим методом (1) и осаждением из суспензии (2).

Во-вторых, электролизом [8], по-видимому, в первую очередь из-за наличия примесей в материале электродов, УНТ в дистиллированной воде. В-третьих, электромиграцией и ориентацией частиц УНТ, как диполей, в неоднородном электрическом поле [9]. Действительно, при осаждении плёнки УНТ электрическое поле между электродами, по-видимому, было не только неоднородным, но и

Физическая химия

Х. С.Каримов, Х.М. Ахмедов и др.

ассиметричным, что могло привести из-за указанных факторов, в конечном счете, к неравномерному распределению частиц УНТ и или ионов (или атомов) соответствующих элементов в межэлектродном пространстве.

Можно полагать, что в целом указанные возможные причины наличия выпрямляющей вольт-амперной характеристики образца Ag/yHT/Ag связаны с формированием неоднородной, гетерогенной структуры плёнки УНТ в межэлектродном пространстве. При этом указанные явления, формирующие гетерогенную структуру в плёнке УНТ, могут наблюдаться совместно при доминировании одной из них.

Проведение более детальных исследований необходимо для выяснения механизма формирования выпрямляющего перехода в образцах Ag/yHT/Ag .

По-видимому, данный переход является переходом Шоттки - между серебряным электродом, к которому прикладывался отрицательный потенциал в процессе осаждения плёнки УНТ, и плёнкой УНТ.

Таким образом, электрохимическим методом из суспензии углеродных нанотрубок в дистиллированной воде получены образцы с выпрямляющими вольтамперными характеристиками, которые могут представлять интерес для разработки диодов для применения в электронике [10].

Поступило 16.02.2011 г.

ЛИТЕРАТРУРА

1. Zahab A., Spinal., Pоncharal P. - Physical Review B, 2000 v. 62, №15, pp. 1-3.

2. Cantalini C., Valentini L. et al. Sensors and Actuators, B, 2003, 95, pp. 195-202.

3. Na Pil Sun, Kim Hyojin - Applied Physics Letters, 2005, v. 87, 093101, pp. 1-3.

4. Rinkio M., Zavodchikova M Y. et al. - Phys. Stat. Sol. (b), 2008, v. 245, №10, pp. 315-318.

5. Tang D., Cila. Et al. - Carbon, 2006 v. 44, pp. 155-159.

6. Brutting W. Physics of organic semiconductors. Verlag GmbH&Co. KgaA, Weinheim, Germany, 2005.

7. Sze S.M. Semiconductors devices. Physics and Technology. John Wiley & Sons. New York, 1985.

8. Hibbert D.B. Introduction to Electrochemistry, Mackays of Chatham PLC Chatham, Kent, UK, 1993.

9. Omar M. Ali. Elementary Solid State Physics, Pearson Education, Inc., 1999, Singapore.

10. Petty M.C. An Introduction to Molecularly Electronics. Published by Edward Amold, Great Britain, 1995.

Х.С.Каримов, ^.М.Ахмедов, Ф.А.Халид*, С.А.Моиз*, Тарик Чани*, А.Матин*, Ф.Ахмедов**

ТАЗДИЦИ НИШОНДИХДНДАХОИ ВОЛТАМПЕРИИ НАНО-НАЙЧА^ОИ

КАРБОНЙ

Институти физикаю-техникаи ба номи С.У.Умарови Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон, *Институти технология ва илмх;ои бунёдии ба номи Гулом Ис^оц Хон, Покистон, **Муассисаи илмй-тацрибавй ва исте^солии Академияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон

Нишондихдндах,ои волтамперии пардах,ои тунуки нано-найчах,ои карбонй, ки бо усули электрохимиявй х,осил карда шудаанд, тахкик гардидаанд. Нишон дода шудааст, ки ин нишондихдндах,о хусусияти чараёнросткунандагй доранд.

Калима^ои калиди: нано-найчауои карбони - нишондщанда^ои волтампери - электродуо - усули электрохимияви - бугuшавии вакууми.

Kh.S.Karimov, Kh.M.Akhmedov, F.A.Khalid*, S.A.Moiz*, Tariq Saeed Chani*, А-Mateen*,

F.Akhmedov**

INVESTIGATION OF VOLT-AMPERE CHARACTERISTICS OF THE CARBON

NANO-TUBES FILMS

S.U. Umarov Physical and Technical Institute, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan, Gulam Ishak Khan Institute of Technology and Applied Sciences, Pakistan, **Scientific Experimental and Production Institution, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

Investigated the current-voltage characteristics of the carbon nano-tubes films deposited by an electrochemical method from a suspension of carbon nano-tubes. It is shown that the samples obtained films possess straightening voltage characteristics, which may be of interest for the development of diodes based on them.

Key words: carbon nanotubes - voltage characteristic - electrodes - an electrochemical method - vacuum evaporation.