Коллектив ученых БФУ и ESRF предложили метод рефлектометрии для исследования графена на искривленной поверхности с использованием рентгеновской оптики

Ученые европейского центра синхротронного излучения (ESRF) совместно с учеными МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок «Мегасайенс» (МНИЦ «РО») БФУ предложили новый метод рентгеновской рефлектометрии на изогнутых поверностях для исследования слоя графена с использованием источника синхротронного излучения.

Графен — свехпрочный материал, который был получен Андреем Геймом и Константином Новоселовым с использованием обычного скотча. Он был применен для того, чтобы отделить слои графена от куска графита. В конечном итоге им удалось получить чешуйку углерода толшиной всего в один атом. Сегодня исследования графена является важной и актуальной задачей. Так, например, некоторые из разрабатываемых технологий включают разработку сверхбыстрых зарядных устройств, помощь в регенерации тканей и бионических устройств, которые смогут напрямую подключаться к нейронам вашего тела. Графен обладает тремя наиболее полезными свойствами такими как: чрезвычайная прочность (в 100–300 раз прочнее стали), высокая проводимость (самый известный проводник тепла при комнатной температуре с плотностью электрического тока на 6 порядков выше, чем у меди) и гибкость.

Коммерческие производители графена использовали различные пути его производства. Одним из самых популярных является использование подложки из расплавленной меди, которая представляет собой катализатор и обладает ровной поверхностью. Так как свойства графена значительно зависят от степени его качества, то требуется мониторинг параметров роста структуры в режиме реального времени. Классическим методом исследования профилей электронной плотности и границ раздела сред тонких пленок с точностью до атома считается рентгеновская рефлектометрия. Однако современные методологии требуют высокой плоскостности, что становится сложной задачей для естественно искривленных поверхностей. Особенно это ограничение относится к жидким металлам из-за высокого поверхностного натяжения.

Поверхность меди на вольфрамовом диске после плавления и затвердевания медной фольги толщиной 40 мкм. Диаметр медного купола около 10 мм.

В коллаборации с учеными европейского центра синхротронного излучения сотрудники МНИЦ РО предложили новый подход к исследованию искривленных поверхностей. Эксперименты были проведены на исследовательской станции ID10 в г. Гренобль (Франция) с использованием составных преломляющих линз для фокусировки рентгеновского излучения. Ученым удалось получить кривую рефлектометрии от изогнутой поверхности за один снимок, что позволило исследовать структурные характеристики слоя графена. Материал при этом был выращен методом химического осаждения из газовой фазы на расплавленной меди и имел естественную кривизну в режиме реального времени, без проведения процедуры сканирования.

Мария Воеводина, лаборант-исследователь МНИЦ РО:

«Новый метод позволяет исследовать сильно искривленные поверхности с большим диапазоном углов падения рентгеновским пучком микрометрового размера, что открывает новые возможности в области исследования наноматериалов в режиме реального времени, таких как графен. Почти каждый материал, с которым мы сталкиваемся, является трехмерным, характеристики графена сильно отличаются от характеристик графита, который представляет собой двумерное расположение углерода. Изучение графена поможет нам предсказать, как другие материалы могут вести себя в двухмерном расположении. Кроме того, предложенный метод может быть применен к любой выпуклой криволинейной поверхности».

Анатолий Снигирев, директор МНИЦ РО:

«Данная работа является логическим продолжением проекта МНИЦ БФУ по разработке новых методов диагностики микро- и нано-структур с применением когерентной рентгеновской оптики. Это направление исследований позволило предложить уникальный метод рефлекто-интерферометрии с помощью преломляющей оптики для локальной характеризации тонких пленок. Переход от плоских объектов на изучение «кривых» поверхностей открывает широкие возможности использования неразрушающего insitu контроля наноматериалов в решении новых научных и технологических задач».

By | 2022-11-30T14:25:50+00:00 November 9th, 2022|News|0 Comments