Influence of HAuCl₄ on the electrical properties of single-walled carbon nanotube networks synthesized by aer.pdf Допирование золотохлористоводородной кислотой (HAuCl4) является эффективным методом улучшения электрических характеристик однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ) [1]. В данной работе исследуется влияние HAuCl4 на электрическое сопротивление сеток ОУНТ, синтезируемых с использованием этанола и угля марки А (антрацит). Синтез ОУНТ осуществлялся аэрозольным методом химического осаждения из газовой фазы [2, 3]. Синтез проводился при установочной температуре 825 °С, суммарном расходе аргона 800 см3/мин и расходе этанола 0.2 см3/мин с растворенным в нем ферроценом (200 част./млн). Смесь этанола и ферроцена обогащалась частицами антрацита в соотношении 800, 12800, 50000 част./млн. Доля ферроцена и антрацита определялась как отношение числа атомов соответственно железа и углерода к числу молекул спирта. Помол антрацита производился при помощи планетарной шаровой мельницы Pulverisette 7 с добавлением этилового спирта в процессе помола. Осаждение ОУНТ проводилось в течение 15 мин на нитроцеллюлозные фильтры диаметром 45 мм. С целью уплотнения полученных сеток, образцы ОУНТ переносились на подложки и смачивались этанолом. В качестве допанта использовался 0.1 М водный раствор HAuCl4, разбавленный до 20 мM этанолом, который наносился по каплям (0.1 мл) на сетки ОУНТ с последующим высушиванием сеток при комнатной температуре. Исследования образцов методом спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) света проводились с помощью спектрометра Horiba LabRam HR-800 (при λ = 633 нм). Измерения электрического сопротивления образцов выполнялись двухконтактным методом с использованием программно-аппаратного комплекса NI ELVIS II. Рис. 1. КР-спектры ОУНТ до (кр. 1) и после (кр. 2) обработки HAuCl4 На рис. 1 представлены КР-спектры ОУНТ без добавок антрацита до и после обработки HAuCl4. Спектры содержат ряд характерных областей для ОУНТ: RBM-полоса (100-300 см-1), тангенциальные D- (1308 cм-1) и G- (1591 см-1) моды. Увеличение интенсивности D-пика относительно G-пика свидетельствует о допировании ОУНТ. На вставке рис. 1 показана RBM-область КР-спектра в исходном состоянии и после обработки раствором HAuCl4. Пики в области 190-220 см-1 отвечают возбуждению металлических ОУНТ, а пики в областях ~ 150 и 250-290 см-1 соответствуют возбуждению полупроводниковых ОУНТ [2]. Как видно из рис. 1, относительное уменьшение интенсивности пиков RBM-полосы после обработки характерно для металлических ОУНТ (пики при 192 и 196 см-1). Это свидетельствует о большем влиянии HAuCl4 на металлические ОУНТ по сравнению с полупроводниковыми трубками. В диапазоне RBM-полосы наблюдается также сдвиг пиков в область более высоких частот у обработанных ОУНТ относительно исходных нанотрубок, что можно связать с допированием ОУНТ. На рис. 2 представлены КР-спектры сетки ОУНТ с добавкой антрацита 50000 част./млн. Сравнение кривых 1 на рис. 1 и 2 показывает неравномерность изменения интенсивности отдельных пиков RBM-полосы при внесении антрацита в реакционную смесь, как и в случае синтеза с использованием угля марки К [4]. Обработка в растворе HAuCl4 приводит к некоторому сдвигу RBM-пиков относительно их исходных положений (рис. 2, кр. 2). В области G-моды у обработанных сеток наблюдается сдвиг по частоте на 4 см-1 в более высокочастотную область, что свидетельствует о p-допировании вследствие адсорбции аниона AuCl4 на поверхность сетки ОУНТ [1]. Рис. 2. КР-спектры ОУНТ с добавкой антрацита 50000 част./млн до (кр. 1) и после (кр. 2) обработки HAuCl4 Результаты измерений электрического сопротивления образцов сеток ОУНТ (ширина - 2 см, межэлектродное расстояние - 1 см) двухконтактным методом представлены в таблице. Как видно из приведенных данных, добавление антрацита в процессе синтеза приводит, в целом, к повышению электрического сопротивления образцов, а последующая обработка раствором HAuCl4 влечет за собой значительное уменьшение значения электрического сопротивления. Для устранения влияния вариации толщины исследуемых сеток ОУНТ в последней колонке таблицы приведено относительное изменение сопротивления образцов. Следует отметить, что увеличение сопротивления сеток с возрастанием доли антрацита компенсируется его уменьшением после обработки золотохлористоводородной кислотой фактически к одному и тому же значению (~ 30 Ом). Электрическое сопротивление сеток ОУНТ с различной долей антрацита до (R1) и после (R2) обработки раствором HAuCl4 Доля антрацита, част./млн R1, Ом R2, Ом R1/R2 0 108 30 3.6 800 172 26 6.6 12800 104 17 6.1 50000 267 30 8.9 Полученные результаты указывают на возможность применения сеток на основе ОУНТ с добавлением угля при последующей их обработке золотохлористоводородной кислотой в качестве проводящих гибких материалов.

Скачать электронную версию публикации