Формирование проводящих слоев на основе углеродных нанотрубок методом Ленгмюра
https://doi.org/10.17277/jamt-2025-10-01-008-018
Аннотация
Методом изотерм сжатия и методом скачка потенциала исследованы ленгмюровские монослои, сформированные на основе индивидуальных растворов углеродных нанотрубок (УНТ) и их смесей с арахиновой кислотой (АК) в различных соотношениях. Эмпирически найдено оптимальное количество раствора УНТ (200 мкл) для формирования ленгмюровского слоя, который при переносе на твердую подложку имеет среднюю проводимость около 4.3⋅10–12 См/кв. Обнаружено также, что при нанесении второго и последующих слоев проводимость пленки увеличивается более чем на 6 порядков (до 5,08⋅10–6 См/кв). При исследовании смесей растворов углеродных нанотрубок (не имеющих амфифильных свойств) и арахиновой кислоты (типичного представителя поверхностно-активного вещества) найдено оптимальное соотношение объемов приготовленных растворов (УНТ : АК – 80 : 20), при котором возможен контроль степени сжатия слоя углеродных нанотрубок на поверхности жидкости. Показано, что введение в состав УНТ молекул АК позволяет дополнительно повысить проводимость пленки более чем на два порядка (до 1,18⋅10–3 См/кв), по сравнению с пленками индивидуальных УНТ. Исследованные пленки могут быть использованы в качестве платформы для создания различных устройств микро- и наноэлектроники, оптоэлектроники, фотовольтаики, а также гибкой электроники.
Об авторах
О. А. Х. ХассунИрак
Хассун Одай Али Хассун, инженер, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского (СГУ), Саратов; инженер, Министерство электроэнергетики, Багдад
ул. Астраханская, 83, Саратов, 410012
Багдад, 5815
О. Н. Салман
Ирак
Салман Одай Наеем, кандидат технических наук, доцент
Багдад, 19006
Т. Я. Каратышова
Россия
Каратышова Татьяна Яковлевна, инженер
ул. Астраханская, 83, Саратов, 410012
А. Ж. К. Аль-Алвани
Ирак
Аль-Алвани Аммар Жабер Кадим, кандидат физико-математических наук, инженер, СГУ, Саратов; преподаватель, Аль-Фурат Аль-Авсат Технический университет, Технический институт Куфа, Ирак
ул. Астраханская, 83, Саратов, 410012
Куфа, Наджаф, Аль-Ашраф, 54001
М. В. Гавриков
Россия
Гавриков Максим Владимирович, инженер
ул. Астраханская, 83, Саратов, 410012
В. Н. Миронюк
Россия
Миронюк Владислав Николаевич, инженер
ул. Астраханская, 83, Саратов, 410012
А. М. Захаревич
Россия
Захаревич Андрей Михайлович, кандидат физико-
математических наук, заведующий лабораторией
ул. Астраханская, 83, Саратов, 410012
М. В. Пожаров
Россия
Пожаров Михаил Владимирович, кандидат химических наук, доцент
ул. Астраханская, 83, Саратов, 410012
Е. Г. Глуховской
Россия
Глуховской Евгений Геннадьевич, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией
ул. Астраханская, 83, Саратов, 410012
Список литературы
1. Jia L, Zhang Y, Li J, You C, et al. Aligned singlewalled carbon nanotubes by Langmuir–Blodgett technique. Journal of Applied Physics. 2008;104(7):074318. DOI:10.1063/1.2996033
2. Saito R, Dresselhaus G, Dresselhaus MS. Physical properties of carbon nanotubes. Tokyo:Imperial College Press; 1998. 272 p. DOI:10.1142/p080
3. Sun X, Li R, Stansfield B, Dodelet JP, et al. 3D carbon nanotube network based on a hierarchical structure grown on carbon paper backing. Chemical Physics Letters. 2004;394(4-6):266-270. DOI:10.1016/j.cplett.2004.07.014
4. Lu R, Christianson C, Weintrub B, Wu JZ. High photoresponse in hybrid graphene–carbon nanotube infrared detectors. ACS Applied Materials & Interfaces. 2013;5(22):11703-11707. DOI:10.1021/am4033313
5. Lu R, Christianson C, Kirkeminde A, Ren S, et al. Extraordinary photocurrent harvesting at type-II heterojunction interfaces: toward high detectivity carbon nanotube infrared detectors. Nano Letters. 2012;12(12): 6244-6249. DOI:10.1021/nl303302p
6. Itkis ME, Borondics F, Yu A, Haddon RC. Bolometric infrared photoresponse of suspended singlewalled carbon nanotube films. Science. 2006;312(5772): 413-416. DOI:10.1126/science.1125695
7. Ali A, Rahimian Koloor SS, Alshehri AH, Arockiarajan A. Carbon nanotube characteristics and enhancement effects on the mechanical features of polymer-based materials and structures – a review. Journal of Materials Research and Technology. 2023;24:6495-6521. DOI:10.1016/j.jmrt.2023.04.072
8. Wu J, Lan Z, Lin J, Huang M, et al. Counter electrodes in dye-sensitized solar cells. Chemical Society Reviews. 2017;46(19):5975-6023. DOI:10.1039/C6CS00752J
9. IEEE International roadmap for devices and systems: 2017 edition. Available from: https://irds.ieee.org/editions/2017 [Accessed: 3 December 2024].
10. Venkataraman A, Amadi EV, Chen Y, Papadopoulos C. Carbon nanotube assembly and integration for applications. Nanoscale Research Letters. 2019;14(1):220. DOI:10.1186/s11671-019-3046-3
11. Moriarty P. Nanostructured materials. Reports on Progress in Physics. 2001;64(3):297-381. DOI:10.1088/0034-4885/64/3/201
12. Huang KC, Wang YC, Dong RX, Tsai WC, et al. A high performance dye-sensitized solar cell with a novel nanocomposite film of PTNP/MWCNT on the counter electrode. Journal of Materials Chemistry. 2010;20(20): 4067. DOI:10.1039/b925245b
13. Oliveira ON, Caseli L, Ariga K. The past and the future of Langmuir and Langmuir–Blodgett films. Chemical Reviews. 2022;122(6):6459-6513. DOI:10.1021/acs.chemrev.1c00754
14. Adamson AW, Gast AP. Physical chemistry of surfaces. New York: Wiley; 1997. 784 p.
15. Petty MC. Langmuir-Blodgett films: An introduction. New York: Cambridge University Press; 1996. 234 p.
16. Gorbachev IA, Gluhovskoy EG. The studying of components ratio influence in mixed monolayers of quantum dots and arachidic acid on the films morphology based on them. Izvestiya Saratovskogo universiteta. Novaya seriya. Seriya: khimiya. biologiya. ekologiya. 2018;18(3):299-305. DOI:10.18500/1816-9775-2018-18-3-299-305 (In Russ.)
17. Gorbachev I, Smirnov A, Ivanov G, Avramov I, et al. Langmuir-Blodgett films of arachidic and stearic acids as sensitive coatings for chloroform hf saw sensors. Sensors. 2022;23(1):100. DOI:10.3390/s23010100
18. Hadjichristov GB, Marinov YG, Vlakhov TE, Scaramuzza N. Phospholipid Langmuir-Blodgett nano-thin monolayers: electrical response to cadmium ions and harmful volatile organic compounds. In: Advances in Biomembranes and Lipid Self-Assembly. Elsevier; 2021. p. 129-172. DOI:10.1016/bs.abl.2021.11.005
19. Zubova KV, Kuznetsova VA, Al-Alwani AJK, Glinskaya EV, et al. Characteristics of Langmuir monolayers of phospholipids isolated from the cell membranes of the E. coli K-12 test culture. Aktual′nyye voprosy biologicheskoy fiziki i khimii. 2021;6(2):285-288. (In Russ.)
20. Klimov BN, Glukhovskoy EG. Visualization of the structure of Langmuir-Blodgett films in liquid crystal cells. Zhurnal tekhnicheskoy fiziki = Technical Physics. 2002;72(12):94-97. (In Russ.)
21. Al-Alwani AJK, Chumakov AS, Kolesnikova AS, Pozharov MV, et al. Investigation of the properties of semiconductor quantum dots on dielectric Langmuir monolayers. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii. 2019;9(1)(30):56-67. (In Russ.)
22. Mironyuk VN, Al-Alwani AJK, Karatyshova TYa, Smirnova AI, et al. Influence of subphase temperature on Langmuir layers and thin films of A3B-type porphyrine derivative. Surfaces and Interfaces. 2024;52:104880. DOI:10.1016/j.surfin.2024.104880
23. Al-Hassani AJR, Al-Alwani AJ, Mironyuk VN, Pozharov MV. Miscibility of porphyrin/liquid crystal floating monolayers at the air–water interface. Phase Transitions. 2024;97(3):192-200. DOI:10.1080/01411594.2023.2301465
24. Wu Y, Liu Z, Zhou S, Wang F, et al. Langmuir-Blodgett assembly of carboxylic multiwalled carbon nanotubes-nafion for amperometric sensing of codeine. Journal of The Electrochemical Society. 2019;166(13): H592-H597. DOI:10.1149/2.0371913jes
25. Matsui J, Iko M, Inokuma N, Orikasa H, et al. Fabrication of carbon nanotube Langmuir-Blodgett film by polyion complex method. In: Materials Research Society Symposium Proceedings. 2006;963:208-211. DOI:10.1557/PROC-0963-Q05-35
26. Hrushevsky VV, Krylova HV, Lipnevich IV, Shulitsky BG, et al. Clusterization and spontaneous polarization in thin Langmuir – Blodgett films with modified multi-walled carbon nanotubes. Proceedings of the “Foundations & Advances in Nonlinear Science” Conference-School. Minsk: Belarusian State University; 2009. p. 50-60.
27. Lo CL, Lee YL, Hsu WP. Behavior of mixed multi-walled carbon nanotube/p3ht monolayer at the air/water interface. Synthetic Metals. 2010;160(19-20): 2219-2223. DOI:10.1016/j.synthmet.2010.08.014
28. Multi walled carbon nanotubes for research and commercial applications. Available from: https://www. ctimaterials.com/product-category/multi-walled-carbonnanotubes/ [Accessed: 3 December 2024].
29. Tajuelo J, Guzmán E, Ortega F, Rubio RG, et al. Phase diagram of fatty acid Langmuir monolayers from rheological measurements. Langmuir. 2017;33(17):4280-4290. DOI:10.1021/acs.Langmuir.7b00613
30. Lvov YuM, Feigin LA. Langmuir films production, structure, some applications. Kristallografiya = Soviet Physics. Crystallography. 1987;32(3):800-815. (In Russ.)
31. Moehwald H, Brezesinski G. From Langmuir monolayers to multilayer films. Langmuir. 2016;32(41): 10445-10458. DOI:10.1021/acs.Langmuir.6b02518
32. Ngoma MM, Mathaba M, Moothi K. Effect of carbon nanotubes loading and pressure on the performance of a polyethersulfone (PES)/carbon nanotubes (CNT) membrane. Scientific Reports. 2021;11(1):23805. DOI:10.1038/s41598-021-03042-z
Рецензия
Для цитирования:
Хассун О.Х., Салман О.Н., Каратышова Т.Я., Аль-Алвани А.К., Гавриков М.В., Миронюк В.Н., Захаревич А.М., Пожаров М.В., Глуховской Е.Г. Формирование проводящих слоев на основе углеродных нанотрубок методом Ленгмюра. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2025;10(1):8-18. https://doi.org/10.17277/jamt-2025-10-01-008-018
For citation:
Hassoon O.H., Salman O.N., Karatyshova T.Ya., Al-Alwani A.K., Gavrikov M.V., Mironyuk V.N., Zakharevich A.M., Pozharov M.V., Glukhovskoy E.G. Formation of conductive layers based on carbon nanotubes by the Langmuir method. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2025;10(1):8-18. https://doi.org/10.17277/jamt-2025-10-01-008-018
JATS XML















