Модификация поверхности ZnS углеродными наноструктурами для задач оптоэлектроники

Полный текст на elibrary.ru

Ссылка для цитирования:

Барнаш Я.В., Каманина Н.В. Модификация поверхности ZnS углеродными наноструктурами для задач оптоэлектроники // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 10. С. 89–95. http://doi.org/10.17586/10235086202592108995

Barnash Y.V., Kamanina N.V. Modification of ZnS surface with carbon nanostructures for optoelectronics applications [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 10. P. 89–95. http://doi.org/10.17586/10235086202592108995

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Свойства поверхности сульфида цинка (ZnS), модифицированной углеродными нанотрубками, ориентированными методом лазерноосаждённого структурирования. Цель работы. Целью работы было исследование влияния структурирования поверхности ZnS углеродными нанотрубками на спектральные характеристики и механические свойства с акцентом на изучение изменения коэффициента пропускания. Метод. Применялся метод лазерноориентированного осаждения для структурирования поверхности неорганических материалов углеродными нанотрубками. Основные результаты. В ходе исследования была установлена зависимость между средней шероховатостью поверхности и краевым углом смачивания, а также выявление того, как эти изменения способствуют формированию нового слоя на поверхности ZnS, который значительно влияет на спектральные характеристики материала, в том числе на пропускание оптического излучения. Практическая значимость. Результаты данного исследования могут быть применимы в области оптоэлектроники для разработки новых устройств, в частности, с использованием модифицированных углеродными наноструктурами материалов. Возможность структурирования поверхности ZnS углеродными нанотрубками открывает перспективы для создания устройств с улучшенными оптическими, электрическими и механическими характеристиками.

Ключевые слова:

ZnS, сульфид цинка, наноструктурирование, углеродные нанотрубки, поверхность, спектр, смачиваемость, шероховатость

Благодарность:

авторы выражают благодарность своим коллегам в ГОИ им. С.И. Вавилова, ПИЯФ и ЛЭТИ за полезное обсуждение результатов работы. Особая признательность Квашнину Д.Г. (Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, Москва, Россия) за помощь в квантовохимическом моделировании.

Коды OCIS: 160.6000, 160.4236

Список источников:

1. Li X., Beibei Chen., Yuhan Jia et al. Enhanced tribological properties of epoxy-based lubricating coatings using carbon nanotubes-ZnS hybrid // Surface and Coating Technology. 2018. V. 344. P. 154–162. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.03.006

2. Jannatul Islam A.S.M., Lipeng Jiang., Naiguang Wei et al. Chirality, temperature, and vacancy effects on mechanical behavior of monolayer zinc-sulfide // Computational Materials Science. 2021. P. 200(110824). https://doi.org/10.1002/crat.202000047

3. Wu S., Jingsong Zhao., Yuejin Jina Zhao et al. Preparation, composition, and mechanical properties of CVD polycrystalline ZnS // Infrared Physics & Technology. 2019. V. 98. P. 23–26. https://doi.org/10.1016/j.infrared.2018.12.009

4. Lahariya V., Dhoble S.J. Development and advancement of undoped and doped zinc sulfide for phosphor application // Displays. 2022. V. 74. P. 102177. https://doi.org/10.1016/j.displays.2022.102177

5. Kamanina N.V., Likhomanova S.V., Zagidullina Yu.R. Properties of optical ceramics CO1 and CO2 upon modification of their surface by carbon nanotubes // Letters to the Journal of Technical Physics. 2019. V. 45(15). P. 37–39. https://doi.org/10.21883/PJTF.2019.15.48085.17835

6. Kamanina N.V., Vasiliev P.Ya., Studenov V.I. Optical coating based on carbon nanotubes oriented in an electric field for optical instrumentation, micro- and nanoelectronics, for leveling the interface between solid substrate and coating // Russian Patent № 2405177. 2010.

7. Kamanina N.V., Likhomanova S.V., Kuzhakov P.V. Advantages of the surface structuration of KBr materials for spectrometry and sensors // Sensors. 2018. V. 18(9). P. 3013. 8 p. https://doi.org/10.3390/s18093013

8. National Standard of the Russian Federation. GOST R ISO 25178-2-2014. Geometrical product specifications (GPS). Surface texture. Areal. Part 2: Terms, definitions and surface texture parameters. Moscow: Standartinform, 2014. 52 p.

9. Reference Manual. Image Processing Module. Image Analysis P9. Zelenograd: NT-MDT, 2011. 120 p.

10. Voigt D., Sarpong L., Bredol M. Tuning the optical band gap of semiconductor nanocomposites — A case study with ZnS/carbon // Materials (Basel). 2020. V. 13. № 18. https://doi.org/10.3390/ma13184162

11. Debenham M. Refractive indices of zinc sulfide in the 0.405–13-µm wavelength range // Appl. Opt. 1984. V. 23. P. 2238–2239. https://doi.org/10.1364/AO.23.002238

12. Klein C.A. Room-temperature dispersion equations for cubic zinc sulfide // Appl. Opt. 1986. V. 25. P. 1873–1875. https://doi.org/10.1364/AO.25.001873

13. Fa W., Yang X., Chen J., Dong J. Optical properties of the semiconductor carbon nanotube intramolecular junctions // Phys. Lett. 2004. V. A323. P. 122–131. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2004.01.037

14.ёTaherpour A.A., Aghagolnezhad‐Gerdroudbari A., Rafiei S. Theoretical and quantitative structural relationship studies of reorganization energies of [SWCNT(5,5)‐Armchair‐CnH₂₀] (n = 20–310) nanostructures by neural network CFFBP method // Int. J. Electrochem. Sci. 2012. V. 7. P. 2468–2486. https://doi.org/10.1016/S1452-3981(23)13894-6

15. Yang Z.P., Ci L., Bur J.A., Lin S.Y., Ajayan P.M. Experimental observation of an extremely dark material made by a low‐density nanotube array // Nano Letters. 2008. V. 8. № 2. P. 446–451. https://doi.org/ 10.1021/nl072369t

16. Bao Hua, Ruan Xiulin, Fisher Timothy S. Optical properties of ordered vertical arrays of multi-walled carbon nanotubes from FDTD simulations // Optics Express. 2010. V. 18. № 6. P. 6347–6359. https://doi.org/10.1364/OE.18.006347

17. Song B., Liu F., Wang H., Miao J., Chen Y., Kumar P., Zhang H., Liu X., Gu H., Stach E.A., Liang X., Liu S., Fakhraai Z., Jariwala D. Giant gate-tunability of complex refractive index in semiconducting carbon nanotubes // ACS Photonics. 2020. № 7. P. 2896–2905.

18. Ermolaev G.A., Xie Y., Qian L., Tatmyshevskiy M.K., Slavich A.S., Arsenin A.V., Zhang J., Volkov V.S., Chernov A.I. Anisotropic optical properties of monolayer aligned single-walled carbon nanotubes // Phys. Status Solidi — Rapid Research Letters. 2023. V. 18. № 4. Publication Number 2300199. https://doi.orh/10.1002/pssr.202300199

19. Muhammad Atiq Ur Rehman, Qianq Chen, Annabel Braem, Milo S.P. Shaffer, Aldo R. Boccaccini. Electrophoretic deposition of carbon nanotubes: recent progress and remaining challenges // International Materials Reviews. 2021. V. 66:8. P. 533–562. https://doi.org/10.1080/09506608.2020.1831299

20. Vafaeva K.M., Zegait R. Carbon nanotubes: revolutionizing construction materials for a sustainable future: A review // Research on Engineering Structures and Materials. 2023. P. 1–55. https://doi.org/10.17515/resm2023.42ma0818rv