Перспективы научных исследований и образования в области физики углеродных наноматериалов в Белорусском государственном университете

Авторы

  • Игорь Николаевич Громов Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Марина Ивановна Демиденко Институт ядерных проблем БГУ, ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Виталий Казимирович Ксеневич Институт ядерных проблем БГУ, ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Мария Анатольевна Самарина Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Надежда Игоревна Волынец Институт ядерных проблем БГУ, ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Сергей Афанасьевич Максименко Институт ядерных проблем БГУ, ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск, Беларусь

Ключевые слова:

углеродные наноматериалы, химическое осаждение из газовой фазы, графен, пиролитический углерод, алмазоподобный углерод, спектроскопия комбинационного рассеяния света
Поддерживающие организации
Работа выполнена в рамках государственной научно-технической программы «Национальные эталоны и высокотехнологичное исследовательское оборудование» на 2021–2025 гг. (подпрограмма «Научно-учебное оборудование», задания 57 и 67), государственной программы научных исследований «Конвергенция-2025» (подпрограмма «Междисциплинарные исследования и новые зарождающиеся технологии», задание 3.02.2), а также государственной программы научных исследований «Материаловедение, новые материалы и технологии» (подпрограмма «Наноструктура», задание 2.14.3). Авторы выражают признательность О. В. Королик за проведение измерений спектров комбинационного рассеяния света образцов графена и пленок пиролитического углерода.

Аннотация

Описан разработанный сотрудниками физического факультета БГУ и Института ядерных проблем БГУ научно-учебный лабораторный комплекс для синтеза графеноподобных и наноуглеродных материалов методом химического осаждения из газовой фазы. Отмечено, что целью создания данного комплекса является совершенствование образовательного процесса и материальной базы для проведения научных исследований в области наноматериалов и нанотехнологий в БГУ. Дана краткая характеристика комплекса, позволяющего синтезировать графен на медных и никелевых подложках, а также пленки пиролитического углерода с воспроизводимыми структурными свойствами, что подтверждается результатами анализа образцов методом комбинационного рассеяния света. Приведены типичные спектры комбинационного рассеяния света образцов, синтезированных с использованием лабораторного комплекса. Представлено краткое описание лабораторного практикума, внедренного в образовательный процесс физического факультета БГУ. Рассмотрены перспективы развития образования и научных исследований в области наноматериалов и нанотехнологий в названном университете.

Биографии авторов

  • Игорь Николаевич Громов, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

    младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории физики электронных материалов кафедры физики полупроводников и наноэлектроники физического факультета БГУ, младший научный сотрудник лаборатории наноэлектромагнетизма Института ядерных проблем БГУ

  • Марина Ивановна Демиденко, Институт ядерных проблем БГУ, ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск, Беларусь

    Заведующий лабораторией наноэлектромагнетизма НИУ «Институт ядерных проблем» БГУ.

  • Виталий Казимирович Ксеневич, Институт ядерных проблем БГУ, ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск, Беларусь

    кандидат физико-математических наук, доцент; заведующий научно-исследовательской лабораторией физики электронных материалов кафедры физики полупроводников и наноэлектроники физического факультета

  • Мария Анатольевна Самарина, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

    младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории физики электронных материалов кафедры физики полупроводников и наноэлектроники физического факультета

  • Надежда Игоревна Волынец, Институт ядерных проблем БГУ, ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск, Беларусь

    кандидат физико-математических наук; старший научный сотрудник лаборатории наноэлектромагнетизма

  • Сергей Афанасьевич Максименко, Институт ядерных проблем БГУ, ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск, Беларусь

    доктор физико-математических наук, профессор; директор

Библиографические ссылки

  1. Елецкий АВ, Искандарова ИМ, Книжник АА, Красиков ДН. Графен: методы получения и теплофизические свойства. Успехи физических наук. 2011;181(3):233–268. DOI: 10.3367/UFNr.0181.201103a.0233.
  2. Грайфер ЕД, Макотченко ВГ, Назаров АС, Ким СДж, Федоров ВЕ. Графен: химические подходы к синтезу и модифицированию. Успехи химии. 2011;80(8):784–804. DOI: 10.1070/RC2011v080n08ABEH004181.
  3. Dresselhaus MS, Dresselhaus G, Eklund PC. Science of fullerenes and carbon nanotubes. Journal of the American Chemical Society. 1996;118(37):8987. DOI: 10.1021/ja965593l.
  4. Dresselhaus MS, Dresselhaus G, Avouris Ph, editors. Carbon nanotubes: synthesis, structure, properties, and applications. Heidelberg: Springer; 2003. 449 p. (Topics in applied physics; volume 80). DOI: 10.1007/3-540-39947-X.
  5. Bokros JC. Deposition, structure and properties of pyrolytic carbon. In: Walker PL, editor. Chemistry and physics of carbon. Volume 4. New York: Marcel Dekker Inc.; 1969. p. 1–118.
  6. McEvoy N, Peltekis N, Kumar Sh, Rezvani E, Nolan H, Keeley GP, et al. Synthesis and analysis of thin conducting pyrolytic carbon films. Carbon. 2012;50(3):1216–1226. DOI: 10.1016/j.carbon.2011.10.036.
  7. Maffucci A, Maksimenko S, Svirko Yu, editors. Carbon-based nanoelectromagnetics. Amsterdam: Elsevier; 2019. 258 p. (Nanophotonics).
  8. Шашкова ЕГ, Волынец НИ, Демиденко МИ, Поддубская ОГ. Электромагнитные свойства пористых 3D-структур на основе углерода в высокочастотном диапазоне. Известия высших учебных заведений. Физика. 2021;64(6):76–83. DOI: 10.17223/00213411/64/6/68.
  9. Максименко СА, Кулагова ТА, Окотруб АВ, Сусляев ВИ. Актуальные задачи использования композиционных и гибридных материалов на основе различных форм углерода в электромагнитных и биомедицинских приложениях. Журнал Белорусского государственного университета. Физика. 2023;1:55–69.
  10. More RB, Haubold AD, Bokros JC. Pyrolytic carbon for long-term medical implants. In: Ratner BD, Hoffman AS, Schoen FJ, Lemons JE. Biomaterials science. Amsterdam: Academic Press; 2013. p. 209–222. DOI: 10.1016/B978-0-08-087780-8.00023-1.
  11. Batrakov K, Kuzhir P, Maksimenko S, Paddubskaya A, Voronovich S, Kaplas T, et al. Enhanced microwave shielding effectiveness of ultrathin pyrolytic carbon films. Applied Physics Letters. 2013;103:073117. DOI: 10.1063/1.48186802013.
  12. Batrakov K, Kuzhir P, Maksimenko S, Paddubskaya A, Voronovich S, Lambin Ph, et al. Flexible transparent graphene/polymer multilayers for efficient electromagnetic field absorption. Scientific Reports. 2014;4(1):7191. DOI: 10.1038/srep07191.
  13. Демиденко МИ, Адамчук ДВ, Русанов АП, Сироткин СВ, Иванько ЛВ, Максименко СА. Легированный бором пиролитический углерод: материал для биомедицинского и инженерно-технического применения. Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2023;67(3):250–256. DOI: 10.29235/1561-8323-2023-67-3-250-256.
  14. Demidenko M, Adamchuk Dz, Liubimau A, Uglov V, Ishchenko A, Chekan M, et al. High temperature synthesis and material properties of boron-enriched balk pyrolytic carbon. Materials Science and Engineering B. 2024;307:117491. DOI: 10.1016/j.mseb.2024.117491.
  15. Федотов АК, Харченко АА, Гуменник ВЭ, Федотова ЮА, Чичков МВ, Малинкович ВД и др. Влияние синтеза и подложки на электросопротивление в однослойном графене. В: Оджаев ВБ, редактор. Материалы и структуры современной электроники. Материалы IX Международной научной конференции; 14–16 октября 2020 г.; Минск, Беларусь. Минск: БГУ; 2020. с. 420–424. EDN: UVCYTQ.
  16. Колесов ЕА, Тиванов МС, Королик ОВ, Свито ИА, Антонович АС, Капитанова ОО, et al. Влияние отжига на фононные и электронные свойства графена на SiO2/Si и Al2O3. В: Оджаев ВБ, редактор. Материалы и структуры современной электроники. Материалы X Международной научной конференции; 12–14 октября 2022 г.; Минск, Беларусь. Минск: БГУ; 2022. с. 423–430.
  17. Тиванов МС, Колесов ЕА, Королик ОВ, Саад АМ, Ковальчук НГ, Комиссаров ИВ и др. Спектры комбинационного рассеяния света графена, синтезированного методом химического осаждения из газовой фазы с использованием декана. Журнал прикладной спектроскопии. 2017;84(6):898–904. EDN: ZTSSOZ.
  18. Kuzhir PP, Poddubskaya OG, Bychenok DS, Pliyushch A, Nemilentsau A, Shuba MV, et al. CNT based epoxy resin composites for conductive applications. Nanoscience and Nanotechnology Letters. 2011;3(6):889–894. DOI: 10.1166/nnl.2011.1252.
  19. Seliuta D, Kašalynas I, Macutkevic J, Valušis G, Shuba MV, Kuzhir PP, et al. Terahertz sensing with carbon nanotube layers coated on silica fibers: carrier transport versus nanoantenna effects. Applied Physics Letters. 2010;97(7):073116. DOI: 10.1063/1.3478009.
  20. Grill A. Diamond-like carbon: state of the art. Diamond and Related Materials. 1999;8:428–434. DOI: 10.1016/S0925-9635(98)00262-3.
  21. Боровиков СМ, Пигаль РВ, Терещук ОИ. Свойства и применение DLC-покрытий. Молодой ученый. 2021;6:6–9. EDN: IKXSNR.
  22. Седельникова ОВ, Городецкий ДВ, Федоренко АД, Баскакова КИ, Поддубская ОГ, Королик ОВ и др. Влияние sp2-гибридизированных углеродных включений в алмазной пленке на сенсорные свойства по отношению к синхротронному излучению. Журнал структурной химии. 2024;65(9):132222. DOI: 10.26902/jsc_id132222.
  23. Dhingra Sh, Hsu JF, Vlassiouk I, D’Urso B. Chemical vapor deposition of graphene on large-domain ultra-flat copper. Carbon. 2014;69:188–193. DOI: 10.1016/j.carbon.2013.12.014.
  24. Смовж ДВ, Костогруд ИА, Бойко ЕВ, Маточкин ПЕ, Безруков ИА, Кривенко АС. Синтез графена методом химического осаждения из газовой фазы и его перенос на полимер. Прикладная механика и техническая физика. 2020;61(5):235–245. DOI: 10.15372/PMTF20200524.
  25. Losurdo M, Giangregorio MM, Capezzuto P, Bruno G. Graphene CVD growth on copper and nickel: role of hydrogen in kinetics and structure. Physical Chemistry Chemical Physics. 2011;13(46):20836–20843. DOI: 10.1039/c1cp22347j.
  26. Wang Q, Wei L, Sullivan M, Yangb SW, Chen Yu. Graphene layers on Cu and Ni(111) surfaces in layer controlled graphene growth. RSC Advances. 2013;3(9):3046–3053. DOI: 10.1039/c2ra23105k.
  27. Her M, Beams R, Novotny L. Graphene transfer with reduced residue. Physics Letters A. 2013;377(21–22):1455–1458. DOI: 10.1016/j.physleta.2013.04.015.
  28. Kaplas T, Svirko YuP. Direct deposition of semitransparent conducting pyrolytic carbon films. Journal of Nanophotonics. 2012;6(1):061703. DOI: 10.1117/1.jnp.6.061703.
  29. Kaplas T, Svirko Y, Kuzhir P. Synthesis of pyrolytic carbon films on dielectric substrates. In: Maffucci A, Maksimenko SA, editors. Fundamental and applied nano-electromagnetics. Dordrecht: Springer; 2016. p. 227–238 (NATO science for peace and security. Series B, Physics and biophysics). DOI: 10.1007/978-94-017-7478-9_12.
  30. Malard LM, Pimenta MA, Dresselhaus G, Dresselhaus MS. Raman spectroscopy in graphene. Physics Reports. 2009;473(5–6):51–87. DOI: 10.1016/j.physrep.2009.02.003.
  31. Li Zh, Deng L, Kinloch IAA, Young RJ. Raman spectroscopy of carbon materials and their composites: graphene, nanotubes and fibres. Progress in Materials Science. 2023;135:101089. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2023.101089.
  32. Nanda SS, Kim MJ, Yeom KS, An SSA, Ju H, Yi DK. Raman spectrum of graphene with its versatile future perspectives. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2016;80:125–131. DOI: 10.1016/j.trac.2016.02.024.
  33. Конакова РВ, Коломыс АФ, Охрименко ОБ, Стрельчук ВВ, Волков ЕЮ, Григорьев МН и др. Сравнительные характеристики спектров комбинационного рассеяния света пленок графена на проводящих и полуизолирующих подложках 6H-SiC. Физика и техника полупроводников. 2013;47(6):802–804.
  34. Zhao L, He R, Rim KT, Schiros Th, Kim KS, Zhou H, et al. Visualizing individual nitrogen dopants in monolayer graphene. Science. 2011;333:999–1003. DOI: 10.1126/science.1208759.
  35. Lherbier A, Blase X, Niquet YaM, Triozon F, Roche S. Charge transport in chemically doped 2D graphene. Physical Review Letters. 2008;101:036808. DOI: 10.1103/PhysRevLett.101.036808.
  36. Wang H, Maiyalagan T, Wang X. Review on recent progress in nitrogen-doped graphene: synthesis, characterization, and its potential applications. ACS Catalysis. 2012;2(5):781–794. DOI: 10.1021/cs200652y.
  37. Agnoli S, Favaro M. Doping graphene with boron: a review of synthesis methods, physicochemical characterization, and emerging applications. Journal of Materials Chemistry A. 2016;4(14):5002–5025. DOI: 10.1039/C5TA10599D.
  38. Luo Zh, Lim S, Tian Zh, Shang J, Lai L, MacDonald B, et al. Pyridinic N doped graphene: synthesis, electronic structure, and electrocatalytic property. Journal of Materials Chemistry. 2011;21(22):8038–8044. DOI: 10.1039/c1jm10845j.
  39. Макеева ГС, Голованов ОА, Вареница ВВ, Артамонов ДВ. Математическое моделирование прохождения терагерцевого излучения через монослой графена. Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. 2014;3:145–158. EDN: RBYEKA.
  40. Batrakov K, Kuzhir P, Maksimenko S, Volynets N, Voronovich S, Paddubskaya A, et al. Enhanced microwave-to-terahertz absorption in graphene. Applied Physics Letters. 2016;108(12):123101. DOI: 10.1063/1.4944531.
  41. Maffucci A, Maksimenko SA, editors. Fundamental and applied nano-electromagnetics II: THz circuits, materials, devices. Dordrecht: Springer; 2019. 290 p. (NATO science for peace and security. Series B, Physics and biophysics). DOI: 10.1007/978-94-024-1687-9.
  42. Baah M, Paddubskaya A, Novitsky A, Valynets N, Kumar M, Itkonen T, et al. All-graphene perfect broadband THz absorber. Carbon. 2021;185:709–716. DOI: 10.1016/j.carbon.2021.09.067.
  43. Lamberti P, La Mura M, Tucci V, Nkyalu E, Khan A, Yakovleva M, et al. The performance of graphene-enhanced THz grating: impact of the gold layer imperfectness. Materials. 2022;15(3):786. DOI: 10.3390/ma15030786.
  44. Batrakov KG, Valynets NI, Dubinetski MM, Paddubskaya AG, Margaryan HL, Hakobyan NH, et al. Fabry-Perot enhancement of liquid crystals birefringence effects in terahertz range. Physica Scripta. 2024;100(1):0155120. DOI: 10.1088/1402-4896/ad96e8.

Загрузки

Опубликован

2025-11-04

Выпуск

№ 2 (2025): Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Раздел

Наноматериалы и нанотехнологии

Лицензия

Copyright (c) 2025 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).

Как цитировать

(1)
Громов, И. Н.; Демиденко, М. И.; Ксеневич, В. К.; Самарина, М. А.; Волынец, Н. И.; Максименко, С. А. Перспективы научных исследований и образования в области физики углеродных наноматериалов в Белорусском государственном университете. Журнал Белорусского государственного университета. Физика 2025, вып. 2, 74-84.