Углеродные нанотрубки

Уже более 30 лет углеродные нанотрубки остаются объектом научных исследований. Однако, обнаруженные сравнительно недавно эффекты [1, 2], не свойственные углеродным нанотрубкам в их классическом представлении, открыли горизонты для развития нового направления современной электроники – нанопьезотроники. Нанопьезотроника – новое направление современной наноэлектроники, связанное с разработкой устройств, использующих внутреннее электрическое поле деформированных наноструктур в качестве затворного напряжения. Актуальной задачей нанопьезотроники является поиск и исследование наноструктур, обладающих высокими механическими и пьезоэлектрическими свойствами. Особое внимание уделяется углеродным нанотрубкам (УНТ), обладающим высокими значениями масштабируемости, прочности, упругости и, как нами установлено, аномальными пьезоэлектрическими свойствами при формировании в них азотных дефектов. По данному направлению нами успешно реализованы проекты РФФИ №16-29-14023 «Разработка физических основ создания запоминающих устройств с использованием управляемых деформаций в вертикально ориентированных углеродных нанотрубках» (2016 – 2018), №20-37-70034 «Углеродные нанотрубки для создания элементов нанопьезотроники» (2019 – 2021) и РНФ №20-79-00284 «Разработка физико-технологических основ создания наногенераторов на основе флексо- и пьезоэлектрических эффектов в ориентированных углеродных нанотрубках».

В настоящий момент мы работаем над ростом допированных азотом УНТ с заданной концентрацией и типом дефектов, а также над созданием макета наногенератора на основе массива УНТ, способного эффективно преобразовывать механическое воздействие окружающей среды (вибрации, шаги и разговор человека) в электрическую энергию.

Мы умеем:

• выращивать вертикально ориентированные и переплетенные массивы многослойных углеродных нанотрубок на различных образцах (металлы, полупроводники, диэлектрики) диаметром до 100 мм;
• допировать УНТ азотом в процессе роста с концентрацией N до 12%;
• исследовать и определять механические (модуль Юнга, адгезионная прочность), электрические (сопротивление, ВАХ), пьезоэлектрические (пьезомодуль d₃₃, направление поляризации), геометрические (диаметр, высота, плотность) и структурные параметры (дефектность I_D/I_G, типы азотных дефектов) УНТ;
• моделировать деформацию и пьезопотециал в УНТ под действием внешних воздействий;
• выполнять литографические процессы для локализации роста УНТ в местах, определенных конструкцией устройства;
• разрабатывать методики зондовых исследований параметров вертикально ориентированных углеродных нанотрубок и вискеров;
• разрабатывать и изготавливать макеты устройств газовой сенсорики и вакуумной микро- и наноэлектроники на основе УНТ.

Ищем в команду

• специалистов в области DFT с целью моделирования влияния азотных дефектов на проводимость и пьезоэлектрические свойства УНТ. Если готов, напиши нам.

Основные публикации по направлению:

• Pyrrole-like defects as origin of piezoelectric effect in nitrogen-doped carbon nanotubes, Carbon. 190 (2022) 348–358. doi: 10.1016/j.carbon.2022.01.014.
• Anomalous piezoelectricity and conductivity in aligned carbon nanotubes, J. Mater. Chem. C. 9 (2021) 6014–6021. doi: 10.1039/D1TC00356A.
• Memristors based on strained multi-walled carbon nanotubes, Diam. Relat. Mater. 123 (2022) 108858. doi: 10.1016/j.diamond.2022.108858.
• Sublayer material as a critical factor of piezoelectric response in nitrogen-doped carbon nanotubes, Diam. Relat. Mater. 126 (2022) 109069. doi: 10.1016/j.diamond.2022.109069.
• Effect of the sublayer material on geometric dimensions and piezoelectric response of vertically aligned carbon nanotubes, Fullerenes, Nanotub. Carbon Nanostructures. (2021) 1–6. doi: 10.1080/1536383X.2021.1961225.
• Memristive Effect in Nitrogen-Doped Carbon Nanotubes, Nanobiotechnology Reports. 16 (2021) 821–828. doi: 10.1134/S2635167621060082.
• Исследование резистивного переключения вертикально ориентированной углеродной нанотрубки методами сканирующей зондовой микроскопии, Физика твердого тела. 57(4) (2015) 807-813. http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/41616.
• Мемристорный эффект на пучках вертикально ориентированных углеродных нанотрубок при исследовании методом сканирующей туннельной микроскопии, Журнал технической физики. 83(12) (2013) 128-133. http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/11092.