Отчет по научно-исследовательской работе "Развитие методов газофазного синтеза моно, поли и нано кристаллических алмазных пленок и пластин (CVD алмаз), одностенных углеродных нанотрубок и графена, а также углеродных нанокомпозитов на их основе" (Заключительный)

Приведены результаты по реализации нового метода синтеза графена из твердых источников углерода (ПММА (полиметилметакрилата) или парафина) как альтернативная замена газофазного метода синтеза графена. Предложен и реализован метод формирования сверхузких полупроводниковых нанополос графена - 7а-НПГ в больших количествах. Развит метод для эффективного модифицирования электронных свойств газофазного допирования донорами или акцепторами электронов графена и углеродных нанотрубок, открывающий новые перспективы для использования графена в электронике (для создания p - n-переходов, транзисторов, проводящих прозрачных электродов). Исследована фотолюминесценция нанотрубок с геометрией (6,5), допированных в растворе HCl. При увеличении уровня допирования в спектре наблюдались не только экситоны, но и трионы. Проведены работы по формированию и исследованию свойств различных 2D-материалов. Методом отщепления получены тонкие слои селенида галлия различной толщины (вплоть до 4 тетраслоев) на подложках Si и Si:SiO₂. Произведены расчеты электронных зон SnSe методами функционала плотности и в приближении квазичастиц (GW-метод). Пленки из наноуглеродных материалов использованы в различных технологических применениях. В частности, в качестве насыщающегося поглотителя для Yb-лазера. Получены уникальные результаты по термоэлектрическим свойствам пленок на основе выделенных полупроводниковых и металлических углеродных нанотрубок, а также их смеси. Изучены процессы синтеза алмаза из газовой фазы, процессы лазерной микрообработки алмаза, образцы поликристаллического и монокристаллического алмаза, синтезированного в СВЧ-плазме. Осуществлен синтез монокристаллов алмаза с повышенной теплопроводностью (до 235 Вт/смК при низких температурах, около 70 К), что на 34% превосходит ранее известные величины как для природных, так и искусственных кристаллов алмаза.Создан первый в России рамановский лазер на алмазе с генерацией на длинах волн 1194, 1419 и 597 нм. Созданные алмазные детекторы с погруженными в объем графитовыми электродами продемонстрировали высокую эффективность сбора зарядов - около 94% при облучении бета-частицами, что открывает перспективы их использования в ядерных, космических исследованиях, в радиационной медицине. Упрочняющие двухслойные и градиентные алмазные покрытия на резцах из твердого сплава (ВК-6) позволили проводить обработку новых композиционных материалов без водяного охлаждения в форсированных (скоростных) режимах обработки. Испытания при резании «углерод-углеродного композиционного материала» в АО «Композит» (Роскосмос) показали повышение производительности обработки более чем в 4 раза по сравнению со стандартным инструментом их ВК-6. Разработанный тип инструмента востребован предприятиями аэрокосмической отрасли. Исследовано влияние перераспределения водного адсорбата на границе поликристаллический CVD графен-подложка SiO₂/Si на электрофизические и оптические свойства графена. Наблюдаемый эффект изменения оптических свойств графена предположительно обусловлен изменением (ростом или спадом) интенсивности межзонных переходов в данном диапазоне энергий вследствие изменения ширины запрещенной зоны и/или сдвига уровня Ферми из-за натекания электрического заряда в графеновый слой в результате перераспределения водного адсорбата по границе графен - подложка. По эффективности эта модуляция сравнима с электростатическим воздействием. Это свойство графена может быть использовано, например, для создания оптических модуляторов.