Влияние длительности синтеза на морфологию и структуру углеродных наностенок на поверхности углеродной бумаги

Аннотация

В работе исследована эволюция морфологии и структурного состояния углеродных наностенок (УНС), выращенных на углеродной бумаге методом ёмкостно-связанного плазменно-усиленного химического осаждения из газовой фазы (CCP-PECVD), в зависимости от длительности синтеза (30-120 мин) при фиксированных параметрах процесса. Морфология покрытия изучена методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и атомно-силовой микроскопии (АСМ), а структурные изменения оценены методом Рамановской спектроскопии (λ = 473 нм). Показано, что на ранней стадии (30 мин) УНС формируются островковым образом на дефектах подложки, а при увеличении времени до 60-90 мин происходит интенсивный вертикальный рост и уплотнение массива. По данным АСМ наблюдается рост средней и среднеквадратичной шероховатости (R_a: с 13.91 до 26.91 нм; R_ms: с 18.19 до 34.26 нм при 60-120 мин), тогда как пиковая шероховатость R_z возрастает до 90 мин (с 124.3 до 159.3 нм) и далее насыщается (161.1 нм при 120 мин), что указывает на переход от преимущественно вертикального роста к режиму уплотнения и вторичной нуклеации. Рамановские данные подтверждают увеличение дефектности и разупорядочения sp²-сетки с ростом времени синтеза: отношение I_D/I_G возрастает от 0.61 до 1.84, ширина G-пика увеличивается от 24.8 до 40.9 см^-1, а степень графитизации снижается с 40.2 до 27.2 %. Установлено, что около 90 мин достигается оптимальный компромисс между развитием вертикальной морфологии и сохранением структурной упорядоченности углеродной фазы, тогда как 120 мин обеспечивает максимальную дефектность и развитость поверхности, перспективные для приложений, требующих высокой плотности активных центров.