Влияние скорости сканирования пучка непрерывного CO2-лазера на состав лазерно-индуцированного графена
Зонов Р.Г.
1, Воробьев В.Л.
1, Гильмутдинов Ф.З.
1, Могилева Т.Н.
1, Михеев Г.М.
11Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук, Ижевск, Россия

Email: znv@udman.ru, Vasily_L.84@udman.ru, gilmutdinov@udman.ru, mogileva@udman.ru, mikheev@udman.ru
Поступила в редакцию: 11 июля 2025 г.
В окончательной редакции: 6 августа 2025 г.
Принята к печати: 13 августа 2025 г.
Выставление онлайн: 11 сентября 2025 г.
Пленочные образцы лазерно-индуцированного графена (ЛИГ) синтезировались на поверхности полиимидной пленки построчным сканированием сфокусированного пучка непрерывного углекислотного лазера. Исследовались структура и химический состав приповерхностного слоя синтезируемого материала в зависимости от скорости сканирования v пучка лазера. Установлено, что при уменьшении v с 400 до 10 mm/s происходит увеличение концентрации азота более чем в 11 раз. При оптимальной мощности лазера 0.55 W и v=10 mm/s концентрация азота достигает 5.7 at.%. Показано, что увеличение концентрации азота при уменьшении v происходит за счет пиридиновой и пиррольной конфигураций азота в нанокристаллической структуре графита и сопровождается существенным уменьшением поверхностного сопротивления ЛИГ. Полученные результаты коррелируют с установленным ранее многократным возрастанием электроемкости ЛИГ при уменьшении v. Ключевые слова: полиимидная пленка, лазерный пиролиз, рентгено-фотоэлектронная спектроскопия, элементный состав, допирование азотом.
- J. Lin, Z. Peng, Y. Liu, F. Ruiz-Zepeda, R. Ye, E.L.G. Samuel, M.J. Yacaman, B.I. Yakobson, J.M. Tour. Nature Commun. 5, 5714 (2014)
- R.G. Zonov, K.G. Mikheev, D.L. Bulatov, T.N. Mogileva, A.V. Syugaev, G.M. Mikheev. Diam. Relat. Mater. 157, 112529 (2025)
- M. Dosi, I. Lau, Y. Zhuang, D.S.A. Simakov, M.W. Fowler, M.A. Pope. ACS Appl. Mater. Interfaces 11, 6, 6166 (2019)
- M.G. Stanford, K. Yang, Y. Chyan, C. Kittrell, J.M. Tour. ACS Nano 13, 3, 3474 (2019)
- C. Francis, A. Rektor, T. Valayil-Varghese, N. McKibben, I. Estrada, J. Forbey, D. Estrada. Front. Chem. 12, 1448205 (2024).
- К.Г. Михеев, Р.Г. Зонов, Д.Л. Булатов, А.Е. Фатеев, Г.М. Михеев. Письма в ЖТФ 46, 9, 51 (2020). [K.G. Mikheev, R.G. Zonov, D.L. Bulatov, A.E. Fateev, G.M. Mikheev. Tech. Phys. Lett. 46, 5, 458 (2020).]
- Y.P. Suhorukov, A.V. Telegin, K.G. Mikheev, R.G. Zonov, L.I. Naumova, G.M. Mikheev. Opt. Mater. (Amst.) 133, 112957 (2022)
- Y. Wang, C. Han, Y. Zhou, C. Ke, Y. Fan, Y. Yang, Z. Chen, Y.S. Wang. Carbon Trends 11, 100255 (2023)
- J. Liu, H. Ji, X. Lv, C. Zeng, H. Li, F. Li, B. Qu, F. Cui, Q. Zhou. Microchimica Acta 189, 2, 54 (2022)
- T.S.D. Le, H.P. Phan, S. Kwon, S. Park, Y. Jung, J. Min, B.J. Chun, H. Yoon, S.H. Ko, S.W. Kim, Y.J. Kim. Adv. Funct. Mater. 32, 48, 2205158 (2022)
- W. Song, J. Zhu, B. Gan, S. Zhao, H. Wang, C. Li, J. Wang. Small 14, 1, 1702249 (2018)
- A.V. Syugaev, R.G. Zonov, K.G. Mikheev, A.N. Maratkanova, G.M. Mikheev. J. Phys. Chem. Solids 181, 111533 (2023)
- A. Velasco, Y.K. Ryu, A. Hamada, A. de Andres, F. Calle, J. Martinez. Nanomater. 13, 5, 788 (2023)
- К.Г. Михеев, А.В. Сюгаев, Р.Г. Зонов, Д.Л. Булатов, Г.М. Михеев. ФТТ 65, 2, 353 (2023). [K.G. Mikheev, A.V. Syugaev, R.G. Zonov, D.L. Bulatov, G.M. Mikheev. Phys. Solid State 65, 2, 347 (2023).]
- S.G. Jo, R. Ramkumar, J.W. Lee. Chem. Sus. Chem. 17, 5, e202301146 (2024)
- H. Liu, Y. Xie, J. Li, Z. Sun, J. Liu, K. Moon, L. Lu, Y. Chen, Y. Tang, X. Chen, C.P. Wong. Chem. Eng. J. 404, 126375 (2021)
- M. Wu, F. Wang, X. Gao, Y. Li, C. Zhang, Y. Bao, Y. Ruan, M. Zhang, Z. Su. Diam. Relat. Mater. 150, 111701 (2024)
- H. Zhang, J. Li, M. Sheng, Y. Guo, S. Guo, Y. Li. Diam. Relat. Mater. 144, 111055 (2024)
- Y. Houeix, S. Habboush, S. Gomez-Gijon, N. Rodriguez, F.J. Romero, A. Rivadeneyra. Flex. Print. Electron. 9, 3, 035010 (2024)
- J. Vandervelde, Y. Yoon, R. Shahriar, S.B. Cronin, Y. Chen. Small Sci. 5, 6, 2500022 (2025)
- Q. Zhang, F. Zhang, X. Liu, Z. Yue, X. Chen, Z. Wan. Adv. Mater. Technol. 8, 16, 2300244 (2023)
- J.D. Kim, T. Kim, J. Pak. Trans. Korean Inst. Electr. Eng. 67, 3, 406 (2018)
- K.G. Mikheev, R.G. Zonov, T.N. Mogileva, A.E. Fateev, G.M. Mikheev. Opt. Laser Technol. 141, 107143 (2021)
- J. de la Roche, I. Lopez-Cifuentes, A. Jaramillo-Botero. Carbon Lett. 33, 2, 587 (2023)
- К.Г. Михеев, Р.Г. Зонов, А.В. Сюгаев, Д.Л. Булатов, Г.М. Михеев. ФТТ 64, 5, 587 (2022). [K.G. Mikheev, R.G. Zonov, A.V. Syugaev, D.L. Bulatov, G.M. Mikheev. Phys. Solid State 64, 5, 579 (2022).]
- M. Burke, C. Larrigy, E. Vaughan, G. Paterakis, L. Sygellou, A.J. Quinn, G. Herzog, C. Galiotis, D. Iacopino. ACS Omega 5, 3, 1540 (2020)
- В.М. Стяпшин, И.А. Злобин, К.Г. Михеев, Е.И. Рябов, Г.М. Михеев. Квантовая электроника 55, 1, 36 (2025)
- В.С. Антропова, И.А. Злобин, Г.М. Михеев. Журнал прикладной спектроскопии 92, 4, 445 (2025)
- A. Rabti, S. Baachaoui, M. Zouari, N. Raouafi. J. Pharm. Biomed. Anal. Open 5, 100069 (2025)
- M. Liu, J.N. Wu, H.Y. Cheng. Sci. China Technol. Sci. 65, 1, 41 (2022)
- R.G. Zonov, K.G. Mikheev, A.A. Chulkina, I.A. Zlobin, G.M. Mikheev. Diam. Relat. Mater. 148, 111409 (2024)
- M. Khandelwal, C.V. Tran, J.B. In. Appl. Surf. Sci. 576, Part A, 151714 (2022)
- M. Khandelwal, C.V. Tran, J. Lee, J.B. In. Chem. Eng. J. 428, 131119 (2022)
- T. Feurer, R. Sauerbrey, M.C. Smayling, B.J. Story. Appl. Phys. A 56, 3, 275 (1993)
- A. Basu, K. Roy, N. Sharma, S. Nandi, R. Vaidhyanathan, S. Rane, C. Rode, S. Ogale. ACS Appl. Mater. Interfaces 8, 31841 (2016)
- J. Cai, C. Lv, C. Hu, J. Luo, S. Liu, J. Song, Y. Shi, C. Chen, Z. Zhang, S. Ogawa, E. Aoyagi, A. Watanabe. Energy Storage Mater. 25, 404 (2020)
- Z. Wan, M. Umer, M. Lobino, D. Thiel, N.-T. Nguyen, A. Trinchi, M.J.A. Shiddiky, Y. Gao, Q. Li. Carbon 163, 385 (2020)
- К.Г. Михеев, Р.Г. Зонов, Д.Л. Булатов, А.В. Сюгаев, Г.М. Михеев. Письма в ЖТФ 50, 20, 3 (2024)
- M. He, Y. Wang, S. Wang, S. Luo. Carbon 168, 308 (2020)
- S. Bai, L. Ruan, H. Chen, Y. Du, H. Deng, N. Dai, Y. Tang. Chem. Eng. J. 493, 152805 (2024)
- L.X. Duy, Z. Peng, Y. Li, J. Zhang, Y. Ji, J.M. Tour. Carbon 126, 472 (2018)
- К.Г. Михеев, Р.Г. Зонов, Н.В. Чучкалов, Г.М. Михеев. ФТТ 66, 2, 280 (2024)
- G. Bhattacharya, S.J. Fishlock, S. Hussain, S. Choudhury, A. Xiang, B. Kandola, A. Pritam, N. Soin, S.S. Roy, J.A. McLaughlin. ACS Appl. Mater. Interfaces 14, 27, 31109 (2022)
- A. Eckmann, A. Felten, I. Verzhbitskiy, R. Davey, C. Casiraghi. Phys. Rev. B 88, 3, 035426 (2013)
- A.C. Ferrari, D.M. Basko. Nature Nanotechnol. 8, 4, 235 (2013)
- D.W. Boukhvalov, I.S. Zhidkov, A. Kiryakov, J.L. Menendez, L. Fernandez-Garcia, A.I. Kukharenko, S.O. Cholakh, A.F. Zatsepin, E.Z. Kurmaev. Nanoscale Res. Lett. 16, 1, 153 (2021)
- A.C. Ferrari, J.C. Meyer, V. Scardaci, C. Casiraghi, M. Lazzeri, F. Mauri, S. Piscanec, D. Jiang, K.S. Novoselov, S. Roth, A.K. Geim. Phys. Rev. Lett. 97, 18, 187401 (2006)
- D.L. Mafra, G. Samsonidze, L.M. Malard, D.C. Elias, J.C. Brant, F. Plentz, E.S. Alves, M.A. Pimenta. Phys. Rev. B 76, 23, 233407 (2007)
- N. Kumar, R. Pandian, P.K. Das, T.R. Ravindran, S. Dash, A.K. Tyagi. J. Phys. D: Appl. Phys. 46, 39, 395305 (2013)
- L.G. Cancado, K. Takai, T. Enoki, M. Endo, Y.A. Kim, H. Mizusaki, A. Jorio, L.N. Coelho, R. Magalhaes-Paniago, M.A. Pimenta. Appl. Phys. Lett. 88, 16, 163106 (2006)
- A. Eckmann, A. Felten, A. Mishchenko, L. Britnell, R. Krupke, K.S. Novoselov, C. Casiraghi. Nano Lett. 12, 8, 3925 (2012)
- J.L. Hueso, J.P. Espinos, A. Caballero, J. Cotrino, A.R. Gonzalez-Elipe. Carbon 45, 1, 89 (2007)
- A. Ghosh, S. Kaur, G. Verma, C. Dolle, R. Azmi, S. Heissler, Y.M. Eggeler, K. Mondal, D. Mager, A. Gupta, J.G. Korvink, D.-Y. Wang, A. Sharma, M. Islam. ACS Appl. Mater. Interfaces 16, 31, 40313 (2024)
- D.-Q. Yang, E. Sacher. Langmuir 22, 3, 860 (2006)
- A. Ashraf, S.A. Dastgheib, G. Mensing, M.A. Shannon. J. Supercrit. Fluids 76, 32 (2013)
- X. Chen, X. Wang, D. Fang. Fullerenes Nanotubes. Carbon Nanostructures 28, 12, 1048 (2020)
- A.K. Thakur, B. Lin, F.H. Nowrin, M. Malmali. ACS Environ. Sci. Technol. Water 2, 1, 75 (2022)
- S. Alotibi, T.F. Qahtan, A.M. Alansi, T.O. Owolabi, S.T. Hameed, N. Afzal, S. Bilal, D. Salah. Coatings 14, 5, 534 (2024)
- J.-H. Zhou, Z.-J. Sui, J. Zhu, P. Li, D. Chen, Y.-C. Dai, W.-K. Yuan. Carbon 45, 4, 785 (2007)
- K.C. Yung, D.W. Zeng, T.M. Yue. Appl. Surf. Sci. 173, 3-4, 193 (2001)
- G. Simoes dos Reis, C.M. Subramaniyam, A. Duarte Cardenas, S.H. Larsson, M. Thyrel, U. Lassi, F. Garcia-Alvarado. ACS Omega 7, 46, 42570 (2022)
- J. Onoe, K. Takeuchi, K. Ohno, Y. Kawazoe. J. Vac. Sci. Technol. A 16, 2, 385 (1998)
- C. Zhang, L. Fu, N. Liu, M. Liu, Y. Wang, Z. Liu. Adv. Mater. 23, 8, 1020 (2011)
- F.M. Hassan, V. Chabot, J. Li, B.K. Kim, L. Ricardez-Sandoval, A. Yu. J. Mater. Chem. A 1, 8, 2904 (2013)
- В.В. Болотов, П.М. Корусенко, С.Н. Несов, С.Н. Поворознюк, Ю.А. Стенькин. Омский научный вестник 4 (148), 119 (2016)
- Y. Shao, S. Zhang, M.H. Engelhard, G. Li, G. Shao, Y. Wang, J. Liu, I.A. Aksay, Y. Lin. J. Mater. Chem. 20, 35, 7491 (2010)
- Y. Wang, Y. Shao, D.W. Matson, J. Li, Y. Lin. ACS Nano 4, 4, 1790 (2010)
- F. Munakata, Y. Akimune, Y. Shichi, M. Akutsu, H. Yamaguchi, Y. Inoue. Chem. Commun. 1, 63 (1997)
- N. Tabet, M. Faiz, A. Al-Oteibi. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenomena 163, 1-3, 15 (2008).