Электрофизические свойства каталитических многослойных углеродных нанотруб
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное агентство по образованию
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
физический факультет
кафедра физики низких температур
Квалификационная работа на соискание степени бакалавра
Электрофизические свойства каталитических многослойных углеродных нанотруб
Ткачев Евгений Николаевич
Научный руководитель:
д.ф.-м.н. А.И.Романенко
Новосибирск - 2011 год
Содержание
Введение
. Литературный обзор
.1 Графит
.2 Структура однослойных нанотруб
.3 Многослойные нанотрубы
. Теоретическая часть
.1 Квантовые поправки к проводимости невзаимодействующих электронов
.2 Эффекты слабой локализации в присутствии магнитного поля
.3 Квантовые поправки к проводимости взаимодействующих электронов
.4 Взаимодействие в куперовском канале в присутствии магнитного поля
. Методика эксперимента
.1 Экспериментальные образцы
.2 Методика измерений
. Экспериментальные результаты и их обсуждение
.1 Температурные зависимости проводимости
.2 Магнетосопротивление
Заключение
Список литературы
Введение
В 1991г. впервые в саже, которая образуется в условиях дугового разряда с графитовыми электродами, были обнаружены углеродные нанотрубки [1] -протяженные цилиндрические структуры, диаметром от десятков до тысяч ангстрем и длиной несколько микрон, состоящие из одного (однослойные) или нескольких (многослойные) свернутых в трубку графеновых слоев и иногда заканчивающиеся полусферической головкой, которая может рассматриваться как половина молекулы фуллерена. В первые годы после открытия нанотрубки рассматривались как продолговатые фуллерены. Но дальнейшие исследования показали, что класс углеродных нанотрубок по разнообразию структур и физико-химических характеристик значительно превосходит класс фуллеренов. Поэтому более правильно было бы считать, что молекула фуллерена является частным случаем углеродной нанотрубки, в которой две головки соединены непосредственно друг с другом. Стоит отметить, что в отличие от фуллеренов, представляющих собой молекулярную форму углерода, нанотрубки сочетают свойства молекул и твердого тела, и могут рассматриваться как промежуточное состояние вещества (между молекулярным и конденсированным). Наряду с интересными эмиссионными, капиллярными и механическими свойствами таких объектов как нанотрубки, большой интерес для исследования представляют явления переноса заряда в нанотрубках при низких температурах, чему, в частности, и посвящена данная работа.
Известно, что во всех структурах на основе графита при увеличении количества дефектов происходит увеличение количества носителей. Актуальным является управление дефектами для получения нужных физико-химических свойств нанотруб.
Целью данной работы являлось исследование электропроводности s(T) в интервале температур 4,2300 K и магнетосопротивления r(H) в интервале полей до 10 кГс. Исследуемые образцы представляли собой порошок каталитических многослойных углеродных нанотруб (MWNT), отдельные порошинки, в основном, состояли из нанотруб. Полученные трубки содержали мало примеси фазы аморфного углерода в отличие от MWNT синтезированных ранее.
Дипломная работа состоит из четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы.
В первой главе собраны сведения о структурных параметрах и электронных свойствах многослойных углеродных нанотруб и родственных структур - кристаллического и квазидвумерного графита.
Во второй главе представлены основные теоретические аспекты квантовой поправки к электропроводности. Представлены основные формулы, необходимые для анализа экспериментальных данных.
Третья глава описывает методику эксперимента и образцы.
В четвертой главе приведены результаты исследования электрофизических свойств каталитических многослойных углеродных нанотруб в интервале температур 4,2300 K. Представлены, полученные в эксперименте, температурные зависимости электросопротивления и магнетосопротивления в интервале полей до 10 кГс. Здесь же содержится обсуждение полученных результатов.
В заключении приведены основные результаты данной работы.
1. Литературный обзор
1.1Графит
Для понимания электрофизических свойств многослойных углеродных нанотруб рассмотрим вначале сведения о структурных параметрах и электронных свойствах графита.
Атомы углерода в графите располагаются в параллельных слоях, расстояние между которыми при комнатной температуре составляет d0 = 0,33538 нм (рис. 1). В каждом плоском слое атомы углерода образуют сетку правильных шестиугольников, расстояние между ближайшими узлами решетки составляет 0,1415 нм. Параметры гексагональной решетки графита равны a0 = 0,246 нм и c0 = 0,67 нм. В каждом последующем слое атомы смещены так, что часть из них расположена под центрами шестиугольников, а часть под атомами вышележащего слоя. При этом если слои пронумеровать, то атомы в слоях одной четности располагаются друг под другом. Такая структура соответствует гексагональной решетке с четырьмя атомами углерода в элементарной ячейке. На рис. 1 приведена решетка графита с выделенной более толстыми линиями ге