Электрофизические свойства каталитических многослойных углеродных нанотруб
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
ы от примеси катализатора. Также использовались два типа катализатора. Один отличался от другого равномерным размером гранул мелкодисперсного порошка катализатора, в результате чего MWNT получались с узким распределением по диаметру трубок. Изображение в просвечивающий микроскоп отдельной аргонной каталитической нанотрубки показано на рис. 12.
На рис. 13 объемные образцы аргонных MWNT представлены на снимке просвечивающего микроскопа. Фотография азотных MWNT с узким распределением по диаметру показана на рис. 14.
3.2 Методика измерений
Исследуемые образцы, представляющие собой порошок, запрессовывались в ампулу. Отдельные порошинки состояли в основном из нанотруб. Контакты к ампуле подводились серебряной проволокой диаметром 0.1 мм прижимным методом. И для осуществления контакта образца с проволокой порошок в ампуле поджимали. Смотрите рис. 15 ампулы, широкие стрелки показывают место поджима. Контакты I - токовые, U - потенциальные.
Измерения проводились в сосуде Дьюара с жидким гелием (1). Для создания магнитного поля использовался сверхпроводящий соленоид, NbTi в медной матрице (13). Температура в области 4,2300 K измерялась RhFe термометром сопротивления (7) (рабочий диапазон 2,2273 K, разрешающая способность 10?3 K, абсолютная погрешность 0,1 K). Измерения производились многоканальным системным цифровым вольтметром Solartron (входное сопротивление ~1010 Ом), данные с которого передавались в компьютер для последующей обработки. Типичное напряжение на образце составляло ~10 мВ, при этом абсолютная погрешности измерительной схемы составляет ~ 1 мкВ. А относительная погрешность измерений составляет 0,01 %. Измерение проводимости s(T) проводилось по четырех-контактной схеме в интервале температур 4.2 K - 300 K. Четырех-контактная схема представлена на рис. 17. Измерение магнетосопротивления r(B) проводилось при температуре 4.2 K в интервале магнитных полей до 10 кГс.
4. Экспериментальные результаты и их обсуждение
4.1 Температурные зависимости проводимости
На рис. 18 и рис. 19 представлены зависимости электропроводности от температуры в линейном и логарифмическом масштабах соответственно в интервале температур от 4.2 K до 300 K для каталитических MWNT. Вид кривых электропроводности подобен у всех типов синтезированных образцов, а также образцов очищенных от примеси катализатора. Видно, что в области температур от 4.2 K до 55 K электропроводность образцов с понижением температуры уменьшается логарифмически. Логарифмическая зависимость температуры проявляется в системах с локальным беспорядком. Основной вклад в проводимость в таких системах дают квантовые поправки.
Оценки длины когерентности LT ~ (коэффициент диффузии D взят из работы [20]), дают величину LT ~ 100 нм при температуре 4.2 K. Как следует из главы 2, температурная зависимость вклада квантовых поправок в проводимость меняется, в зависимости от соотношения LT и характерных размеров системы. В исследуемых трубках возможно три направления распространения носителей тока в цилиндрических координатах: вдоль трубки (z), радиальное (r) и угловое (ц). Движение по r ограничено внутренним и внешним диаметрами трубки, по z длинной трубки и по ц возможны неограниченные кольцевые траектории. При понижении температуры длина когерентности LT растет, если она становится больше чем толщина стенки труб, то квантовые поправки можно считать двумерными. В нашем случае толщина стенок труб примерно 10 нм, а длина когерентности при температуре 4.2 K на порядок больше. Как было видно из главы 2, все рассмотренные типы квантовых поправок к проводимости в двумерном случае зависят от температуры логарифмически. Следовательно, для экспериментальной кривой проводимости от температуры синтезированных каталитических MWNT характерны двумерные квантовые поправки в интервале температур от 4.2 K до 55 K.
В ходе измерений была замечена зависимость проводимости образцов исходных и очищенных от примеси катализатора.
На рис. 20 приведена электропроводность в зависимости от уровня очистки от примеси катализатора для аргонных MWNT. Конец широкой стрелки на рисунке означает очищенный образец. Проводимость увеличилась при очищении примерно на 30% по сравнению с исходными образцами. Для азотных MWNT наблюдается такое же увеличение проводимости после очищения.
4.2 Магнетосопротивление
Согласно теории квантовых поправок, должен появиться вклад в магнетосо-противление обусловленный эффектами взаимодействия и слабой локализацией. Поправка к проводимости должна быть отрицательна, если электроны отталкиваются, то есть константа электрон-электронного взаимодействия положительна. Как говорилось в главе 2 зависимость у(B), обусловленная подавлением эффекта слабой локализации имеет вид (21). Асимптотические приближения этого выражения в слабых полях квадратичны по полю, а в сильных логарифмически зависят от магнитного поля.
Ранее нами наблюдались кривые отрицательного магнетосопротивления для сажи и растертых электродуговых MWNT, кривые представлены на рис. 21 и рис. 22 соответственно. Электродуговые MWNT содержали примерно 10% примеси аморфного углерода.
Характер кривых для сажи и электродуговых MWNT одинаков: квадратичная зависимость в слабых магнитных полях (до 100 Гс) с выходом на логарифмическую зависимость в больших магнитных полях. Характерным полем для эффектов слабой локализации является несколько соте?/p>