Толщину пленок из нанотрубок измерили бесконтактно
Российские исследователи вместе с финскими коллегами придумали новый бесконтактный способ замера толщины пленок из однослойных углеродных нанотрубок. Он найдет применение в разных областях — от солнечной энергетики до умной ткани. Результаты работы опубликованыв журнале Applied Physics Letters.
«Толщина пленки определяет количество света, которое она может пропускать в видимом диапазоне. Таким образом, чем выше прозрачность пленки, тем меньше ее толщина. Помимо этого контроль толщины пленки и ее оптических постоянных важен при создании эффективных прозрачных электродов. Например, в случае солнечных батарей изменение толщины пленки позволяет улучшить антиотражающие свойства поверхности прозрачного слоя из ОУНТ. Для оценки и последующего использования механических свойств пленок ОУНТ необходимо сначала знать их геометрические размеры», — говорит руководитель Лаборатории наноматериалов Центра фотоники и квантовых материалов Сколковского института науки и технологий Альберт Насибулин.
На сегодняшний день, чтобы измерить оптические свойства таких материалов, ученые применяют методы абсорбционной спектроскопии и спектроскопии характеристических потерь энергии электронами, а чтобы выяснить геометрические параметры, используются просвечивающая и сканирующая электронная микроскопии или атомно-силовая микроскопия. Эти способы довольно трудоемкие, и для их реализации требуется дорогое оборудование и предварительная подготовка образцов. Все это может повлиять на измеряемые свойства пленок ОУНТ.
Исследователи смогли разработать быстрый, универсальный и бесконтактный способ, позволяющий точно оценивать толщину пленок ОУНТ и их диэлектрических функций. Для этого авторы решили использовать быстрый и высокочувствительный неразрушающий метод спектроскопической эллипсометрии.
«С помощью эллипсометрии в стандартном виде можно измерять параметры пленки, но, к сожалению, далеко не всегда этот метод позволяет получить удовлетворительный результат. На первый взгляд может показаться, что такая пленка— это очень неудобный объект для эллипсометрии, так как она состоит из миллионов отдельных и связанных воедино нанотрубок нанометрового размера, которые расположены случайным образом. Такой материал сильно поглощает во всем спектральном диапазоне, слабо отражает и имеет высокую анизотропию оптических свойств. Но мы смогли создать вычислительный алгоритм, который позволяет получать данные о толщине и оптических постоянных пленок нанотрубок из одного набора оптических измерений», — рассказывает один из авторов работы, старший научный сотрудник Сколтеха Юрий Гладуш.Авторы создали пленки SWCNT различной толщины и измерили их параметры с помощью нового метода. Оказалось, что они поглощали от 90% до 45% излучения на длине волны 550 нанометров. Ученые также измерили коэффициент преломления материала в широком спектре (250–3300 нм).