1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика и химия стекла
  4. T. 49, № 3, 2023

Физика и химия стекла, 2023, T. 49, № 3, стр. 254-266

Твердые углеродные продукты распада изобутана в лазерной плазме

А. В. Поволоцкий 1, Т. И. Шеремет 1, Ю. С. Тверьянович 1, *

1 Санкт-Петербургский государственный университет
198504 Санкт-Петербург, Университетский проспект, 26, Россия

* E-mail: y.tveryanovich@spbu.ru

Поступила в редакцию 15.09.2022
После доработки 01.02.2023
Принята к публикации 08.02.2023

Аннотация

Изучены свойства углеродных пленок, полученных воздействием лазерной плазмы на простейшие газообразные углеводороды. Исследовано изменение свойств этих пленок в результате последующей термической или лазерной обработки. Углеродные пленки, нанесенные на холодную подложку, имеют сложную природу, близкую к природе толинов. В них присутствую атомы углерода в sp2- и в sp3-гибридном состоянии в соизмеримых количествах, различные фрагменты структуры, содержащие водород и кислород. Термический отжиг пленок приводит к снижению концентрации водород- и кислородсодержащих структур, к унификации структуры на основе атомов углерода в sp3-гибридизации и образованию так называемой алмазоподобной структуры. Такие пленки образованы сферическими частицами со средним диаметром 7–8 нм. Лазерный отжиг, а также получение пленки с прямым постоянным лазерным воздействием приводит к образованию графеноподобной структуры, подразумевающей sp2-гибридизацию углерода.

Ключевые слова: газообразные углеводороды, производство водорода, лазерная плазма, углеродные пленки, наноалмазы, графен

Список литературы

  1. Rae J.W.B., Zhang Yi.G., Xiaoqing Liu, Foster G.L., Stoll H.M., Whiteford R.D.M. Atmospheric CO2 over the Past 66 Million Years from Marine Archives // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2021. V. 49. P. 609–641.

  2. Fulcheri L., Schwob Y. From methane to hydrogen, carbon black and water // International J. Hydrogen Energy. 1995. V. 20. № 3. P. 197–202.

  3. https://www.databridgemarketresearch.com/reports/global-fullerene-market

  4. https://www.fortunebusinessinsights.com/graphene-market-102930

  5. Sagan C., Khare B. Tholins: organic chemistry of interstellar grains and gas // Nature. 1979. V. 277. P. 102–107

  6. Khare B.N., Sagan C., Arakawa E.T., Suits F., Callcott T.A., Williams M.W. Optical constants of organic tholins produced in a simulated Titanian atmosphere: From soft x-ray to microwave frequencies // Icarus. 1984. V. 60. № 1. P. 127–137.

  7. WAITE J.H., YOUNGt J.D.T., Cravens T.E., Coates A.J., Crary F.J., MAGEE B., WESTLAKE J. The Process of Tholin Formation in Titan’s Upper Atmosphere // Science. 2007. V. 316. № 5826. P. 870–875.

  8. Gao Guodong, Liu Dandan, Tang Shangcheng, Huang Can, He Mengci, Guo Yu, Sun Xiudong, Gao Bo. Heat-Initiated Chemical Functionalization of Graphene // Scientific Reports. 2016. V. 6. № 1. P. 20034.

  9. D’ıez N., ´Sliwak A., Gryglewicz S., Grzyb B., Gryglewicz G. Enhanced reduction of graphene oxide by highpressure hydrothermal treatment // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 81831–81837.

  10. Тарасевич Б.Н. ИК спектры основных классов органических соединений. Справочные материалы. М. 2012.

  11. Пурэвсурэн Б., Батбилэг С., Кузнецова Л.И., Батхишиг Д., Намхайноров Г., Баттсетсег М., Нарангирел Г., Кузнецов П.Н. Свойства угля месторождения Баянтиг Монголии и продуктов полукоксования // Химия твердого топлива. 2019. № 2. С. 3–9.

  12. Sivaranjini B., Mangaiyarkarasi R., Ganesh V., Umadevi S. Vertical Alignment of Liquid Crystals Over a Functionalized Flexible Substrate // Scientific Reports 2018. V. 8. № 8891.

  13. Dietrich P.M., Horlacher T., Girard-Lauriault P.-L., Gross T., Lippitz A., Min H., Wirth T., Castelli R., Seeberger P., Unger W.E.S. Multimethod Chemical Characterization of Carbohydrate-Functionalized Surfaces // J. Carbohydrate Chemistry. 2011. V. 30. P. 361–372.

  14. Mitchell S.A., Davidson M.R., Emmison N., Bradley R.H. Isopropyl alcohol plasma modification of polystyrene surfaces to influence cell attachment behaviour // Surface Science. 2004. V. 561. P. 110–120.

  15. Arjunan Ariharana, Balasubramanian Viswanathana, Vaiyapuri Nandhakumar. Hydrogen sorption in phosphorous substituted carbon material // Indian J. Chemistry. 2015. V. 54A. P. 1423–1433.

  16. Abhijit Ganguly, Surbhi Sharma, Pagona Papakonstantinou, Jeremy Hamilton. Probing the Thermal Deoxygenation of Graphene Oxide Using High-Resolution In Situ X-ray-Based Spectroscopies // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. P. 17009–17019.

  17. Me’rel P., Tabbal M., Chaker M., Moisa S., Margot J. Direct evaluation of the sp3 content in diamond-like-carbon films by XPS // Applied Surface Science. 1998. V. 136. P. 105–110.

  18. Murugesan M., Nohira H., Kobayashi H., Fukushima T., Tanaka T., Koyanagi M. Locally Induced Stress in Stacked Ultrathin Si wafers: XPS and μ-Raman study // IEEE 62nd Electronic Components and Technology Conference. 2012. P. 625–629.

  19. Lomon J., Chaiyabin P., Saisopa T., Seawsakul K., Saowiang N., Promsakha K., Poolcharuansin P., Pasaja N., Chingsungnoen A., Supruangnet R. XPS and XAS preliminary studies of diamond-like carbon films prepared by HiPIMS technique // J. Physics: Conf. Series. 2018. V. 1144. № 012048.

  20. Taylor J.A. Further examination of the Si KLL Auger line in silicon nitride thin films // Appl. Surf. Sci. 1981. V. 7. № 1–2. P. 168–184.

  21. Dane A., Demirok U.K., Aydinli A., Suzer S. X-ray Photoelectron Spectroscopic Analysis of Si Nanoclusters in SiO2 Matrix // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. № 3. P. 1137–1140.

  22. Jensen D.S., Kanyal S.S., Madaan N., Vail M.A., Dadson A.E., Engelhard M.H., Linford M.R. Silicon (100)/SiO2 by XPS // Surface Science Spectra. 2013. V. 20. № 1. P. 36–42.

  23. Jensen D.S., Kanyal S.S., Madaan N., Handcock J.M., Vail M.A., Dadson A.E., Shutthanandan V., Zhu Z., Vanfleet R., Engelhard M.H., Linford M.R. Multi-instrument characterization of the surfaces and materials in microfabricated, carbon nanotube-templated thin layer chromatography plates. An analogy to ‘The Blind Men and the Elephant’ // Surf. Interface Anal. 2013. V. 45. № 8. P. 1273–1282.

  24. Gallis S., Nikas V., Kaloyeros A.E. Silicon Oxycarbide Thin films and Nanostructures: Synthesis, Properties and Applications // Modern Technologies for Creating the Thin-film Systems and Coatings. Edited by N.N. Nikitenkov. 2017. P. 277–302.

  25. Gallis S., Nikas V., Eisenbraun E., Huang M., Kaloyeros A. E. On the effects of thermal treatment on the composition, structure, morphology, and optical properties of hydrogenated amorphous silicon-oxycarbide // J. Materials Research. 2009. V. 24. № 8. P. 2561–2573.

  26. Besling W.F.A., Goossens A., Meester B., Schoonman J. Laser-induced chemical vapor deposition of nanostructured silicon carbonitride thin films // J. Applied Physics. 1998. V. 83. № 1. P. 544–553.

  27. Smith K.L., Black K.M. Characterization of the treated surfaces of silicon alloyed pyrolytic carbon and SiC // J. Vacuum Science and Technology A. 1984. V. 2. № 2. P. 744–747.

  28. Post P., Wurlitzer L., Maus-Friedrichs W., Weber A.P. Characterization and Applications of Nanoparticles Modified in-Flight with Silica or Silica-Organic Coatings // Nanomaterials. 2018. V. 8. № 530.

  29. Himpsel F.J., McFeely F.R., Taleb-Ibrahimi A., Yarmoff J.A., Hollinger G. Microscopic structure of the SiO2/Si interface // Phys. Rev. B. 1988. V. 38. P. 6084–6096.

  30. Hollinger G., Himpsel F.J. Probing the transition layer at the SiO2-Si interface using core level photoemission // Appl. Phys. Lett. 1984. V. 44. P. 93–95.

  31. Cerofolini G.F., Galati C., Renna L. Accounting for anomalous oxidation states of silicon at the Si/SiO2 interface // Surf. Interface Anal. 2002. V. 33. P. 583–590.

  32. McCafferty E., Wightman J.P. Determination of the concentration of surface hydroxyl groups on metal oxide films by a quantitative XPS method // Surf. Interface Anal. 1998. V. 26. P. 549–564.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика и химия стекла

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал