И.И. Бобринецкий, ,
Московский институт электронной техники (технический университет)
Влияние параметров переменного
электрического поля на состав, плотность
и ориентацию углеродных нанотрубок
при высаживании из растворов методом диэлектрофореза
Разрабатываются методы диэлектрофореза для очистки и ориентированного высаживания углеродных нанотрубок в составе электрических, сенсорных и микромеханических структур. Исследуется влияние частоты и амплитуды приложенного переменного электрического поля на параметры осаждения нанотрубок.
С момента открытия углеродных нанотрубок [1], они рассматриваются как перспективный материал для применения в различных отраслях техники и их свойства всесторонне исследуются. Несмотря на продолжительный период изучения нанотрубок, результаты которых изложены в различных монографиях, изучение свойств нанотрубок продолжается и даёт новые результаты [2].
Однако для перехода к промышленным масштабам освоения материала углеродных нанотрубок необходимо разработать воспроизводимые методики очистки, манипулирования и управления свойствами углеродных нанотрубок. В настоящее время диэлектрофорез является одним из наиболее прогрессивных технологических методов манипулирования и разделения по свойствам различных микро - и наноструктур, а также для получения покрытий [3]. Метод диэлектрофореза основан на воздействии переменным неоднородным электрическим полем на поляризуемые частицы, в результате чего возникает упорядоченное распределение большого числа углеродных нанотрубок между электродами, что позволяет, в конечном счёте, формировать из них структуры, обладающие необходимой функциональностью.
В работе были использованы однослойные углеродные нанотрубки (ОСУНТ), произведенные методом электродугового распыления графита. Предварительно ОСУНТ растворялись в 2-пропаноле. Кристалл для высаживания ОСУНТ представлял собой кремниевую пластину со сформированным рисунком из золотых электродов в виде параллельных ламелей, периодом 4 мкм. К электродам подводился переменный сигнал амплитудой до 20 В и частотой от 1 кГц до 10 МГЦ. На рис. 1 приведены АСМ изображения структур с высаженными углеродными нанотрубками при частотах электрического поля 10 кГц и 10 МГц.
а б
Рис. 1. АСМ изображения высаженных ОСУНТ на золотых электродах после
проведения диэлектрофореза на частотах: а – 10 кГц, б – 10 МГц.
Амплитуда напряжения 5В
С увеличением частоты поверхностная плотность ОСНТ возрастает. Количественно изменения оценены на основе измерения сопротивления получаемых структур. Было отмечено увеличение концентрации примесей с увеличением частоты переменного поля, что может свидетельствовать об увеличивающемся вкладе наноразмерных проводящих нанообъектов в процесс диэлектрофореза.
Таким образом, была разработана методика ориентированного высаживания углеродных нанотрубок при диэлектрофорезе на тонких проводящих электродах. С использованием методик атомно-силовой микроскопии и электростатических измерений выявлены закономерности изменения концентрации нанотрубок в зависимости от частоты приложенного электрического напряжения.
Список литературы
1. Iijima S. Helical microtubules of graphitic carbon // Nature. 1991. V. 354. P. 56-58.
2. Dresselhaus M. S.; Dresselhaus G. Carbon nanotubes: synthesis, structure, properties and applications. In Topics in Applied Physics; Avouris, Ph., Eds.; Springer – Verlag: Berlin. 20pp.
3. Suehiro J., Zhou G., Hara M. Fabrication of a carbon nanotube - based gas sensor using dielectrophoresis and its application for ammonia detection by impedance spectroscopy // J. Phys. D: Appl. Phys. 2003. V. 36. P. L109- L114.
