Вышедшие номера
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. 1
1Удмуртский 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.
  1. 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)
  2. R.G. Zonov, K.G. Mikheev, D.L. Bulatov, T.N. Mogileva, A.V. Syugaev, G.M. Mikheev. Diam. Relat. Mater. 157, 112529 (2025)
  3. M. Dosi, I. Lau, Y. Zhuang, D.S.A. Simakov, M.W. Fowler, M.A. Pope. ACS Appl. Mater. Interfaces 11, 6, 6166 (2019)
  4. M.G. Stanford, K. Yang, Y. Chyan, C. Kittrell, J.M. Tour. ACS Nano 13, 3, 3474 (2019)
  5. C. Francis, A. Rektor, T. Valayil-Varghese, N. McKibben, I. Estrada, J. Forbey, D. Estrada. Front. Chem. 12, 1448205 (2024).
  6. 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).]
  7. Y.P. Suhorukov, A.V. Telegin, K.G. Mikheev, R.G. Zonov, L.I. Naumova, G.M. Mikheev. Opt. Mater. (Amst.) 133, 112957 (2022)
  8. Y. Wang, C. Han, Y. Zhou, C. Ke, Y. Fan, Y. Yang, Z. Chen, Y.S. Wang. Carbon Trends 11, 100255 (2023)
  9. J. Liu, H. Ji, X. Lv, C. Zeng, H. Li, F. Li, B. Qu, F. Cui, Q. Zhou. Microchimica Acta 189, 2, 54 (2022)
  10. 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)
  11. W. Song, J. Zhu, B. Gan, S. Zhao, H. Wang, C. Li, J. Wang. Small 14, 1, 1702249 (2018)
  12. A.V. Syugaev, R.G. Zonov, K.G. Mikheev, A.N. Maratkanova, G.M. Mikheev. J. Phys. Chem. Solids 181, 111533 (2023)
  13. A. Velasco, Y.K. Ryu, A. Hamada, A. de Andres, F. Calle, J. Martinez. Nanomater. 13, 5, 788 (2023)
  14. 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).]
  15. S.G. Jo, R. Ramkumar, J.W. Lee. Chem. Sus. Chem. 17, 5, e202301146 (2024)
  16. 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)
  17. M. Wu, F. Wang, X. Gao, Y. Li, C. Zhang, Y. Bao, Y. Ruan, M. Zhang, Z. Su. Diam. Relat. Mater. 150, 111701 (2024)
  18. H. Zhang, J. Li, M. Sheng, Y. Guo, S. Guo, Y. Li. Diam. Relat. Mater. 144, 111055 (2024)
  19. Y. Houeix, S. Habboush, S. Gomez-Gijon, N. Rodriguez, F.J. Romero, A. Rivadeneyra. Flex. Print. Electron. 9, 3, 035010 (2024)
  20. J. Vandervelde, Y. Yoon, R. Shahriar, S.B. Cronin, Y. Chen. Small Sci. 5, 6, 2500022 (2025)
  21. Q. Zhang, F. Zhang, X. Liu, Z. Yue, X. Chen, Z. Wan. Adv. Mater. Technol. 8, 16, 2300244 (2023)
  22. J.D. Kim, T. Kim, J. Pak. Trans. Korean Inst. Electr. Eng. 67, 3, 406 (2018)
  23. K.G. Mikheev, R.G. Zonov, T.N. Mogileva, A.E. Fateev, G.M. Mikheev. Opt. Laser Technol. 141, 107143 (2021)
  24. J. de la Roche, I. Lopez-Cifuentes, A. Jaramillo-Botero. Carbon Lett. 33, 2, 587 (2023)
  25. 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).]
  26. 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)
  27. В.М. Стяпшин, И.А. Злобин, К.Г. Михеев, Е.И. Рябов, Г.М. Михеев. Квантовая электроника 55, 1, 36 (2025)
  28. В.С. Антропова, И.А. Злобин, Г.М. Михеев. Журнал прикладной спектроскопии 92, 4, 445 (2025)
  29. A. Rabti, S. Baachaoui, M. Zouari, N. Raouafi. J. Pharm. Biomed. Anal. Open 5, 100069 (2025)
  30. M. Liu, J.N. Wu, H.Y. Cheng. Sci. China Technol. Sci. 65, 1, 41 (2022)
  31. R.G. Zonov, K.G. Mikheev, A.A. Chulkina, I.A. Zlobin, G.M. Mikheev. Diam. Relat. Mater. 148, 111409 (2024)
  32. M. Khandelwal, C.V. Tran, J.B. In. Appl. Surf. Sci. 576, Part A, 151714 (2022)
  33. M. Khandelwal, C.V. Tran, J. Lee, J.B. In. Chem. Eng. J. 428, 131119 (2022)
  34. T. Feurer, R. Sauerbrey, M.C. Smayling, B.J. Story. Appl. Phys. A 56, 3, 275 (1993)
  35. A. Basu, K. Roy, N. Sharma, S. Nandi, R. Vaidhyanathan, S. Rane, C. Rode, S. Ogale. ACS Appl. Mater. Interfaces 8, 31841 (2016)
  36. 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)
  37. 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)
  38. К.Г. Михеев, Р.Г. Зонов, Д.Л. Булатов, А.В. Сюгаев, Г.М. Михеев. Письма в ЖТФ 50, 20, 3 (2024)
  39. M. He, Y. Wang, S. Wang, S. Luo. Carbon 168, 308 (2020)
  40. S. Bai, L. Ruan, H. Chen, Y. Du, H. Deng, N. Dai, Y. Tang. Chem. Eng. J. 493, 152805 (2024)
  41. L.X. Duy, Z. Peng, Y. Li, J. Zhang, Y. Ji, J.M. Tour. Carbon 126, 472 (2018)
  42. К.Г. Михеев, Р.Г. Зонов, Н.В. Чучкалов, Г.М. Михеев. ФТТ 66, 2, 280 (2024)
  43. 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)
  44. A. Eckmann, A. Felten, I. Verzhbitskiy, R. Davey, C. Casiraghi. Phys. Rev. B 88, 3, 035426 (2013)
  45. A.C. Ferrari, D.M. Basko. Nature Nanotechnol. 8, 4, 235 (2013)
  46. 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)
  47. 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)
  48. 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)
  49. N. Kumar, R. Pandian, P.K. Das, T.R. Ravindran, S. Dash, A.K. Tyagi. J. Phys. D: Appl. Phys. 46, 39, 395305 (2013)
  50. 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)
  51. A. Eckmann, A. Felten, A. Mishchenko, L. Britnell, R. Krupke, K.S. Novoselov, C. Casiraghi. Nano Lett. 12, 8, 3925 (2012)
  52. J.L. Hueso, J.P. Espinos, A. Caballero, J. Cotrino, A.R. Gonzalez-Elipe. Carbon 45, 1, 89 (2007)
  53. 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)
  54. D.-Q. Yang, E. Sacher. Langmuir 22, 3, 860 (2006)
  55. A. Ashraf, S.A. Dastgheib, G. Mensing, M.A. Shannon. J. Supercrit. Fluids 76, 32 (2013)
  56. X. Chen, X. Wang, D. Fang. Fullerenes Nanotubes. Carbon Nanostructures 28, 12, 1048 (2020)
  57. A.K. Thakur, B. Lin, F.H. Nowrin, M. Malmali. ACS Environ. Sci. Technol. Water 2, 1, 75 (2022)
  58. 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)
  59. J.-H. Zhou, Z.-J. Sui, J. Zhu, P. Li, D. Chen, Y.-C. Dai, W.-K. Yuan. Carbon 45, 4, 785 (2007)
  60. K.C. Yung, D.W. Zeng, T.M. Yue. Appl. Surf. Sci. 173, 3-4, 193 (2001)
  61. 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)
  62. J. Onoe, K. Takeuchi, K. Ohno, Y. Kawazoe. J. Vac. Sci. Technol. A 16, 2, 385 (1998)
  63. C. Zhang, L. Fu, N. Liu, M. Liu, Y. Wang, Z. Liu. Adv. Mater. 23, 8, 1020 (2011)
  64. F.M. Hassan, V. Chabot, J. Li, B.K. Kim, L. Ricardez-Sandoval, A. Yu. J. Mater. Chem. A 1, 8, 2904 (2013)
  65. В.В. Болотов, П.М. Корусенко, С.Н. Несов, С.Н. Поворознюк, Ю.А. Стенькин. Омский научный вестник 4 (148), 119 (2016)
  66. 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)
  67. Y. Wang, Y. Shao, D.W. Matson, J. Li, Y. Lin. ACS Nano 4, 4, 1790 (2010)
  68. F. Munakata, Y. Akimune, Y. Shichi, M. Akutsu, H. Yamaguchi, Y. Inoue. Chem. Commun. 1, 63 (1997)
  69. N. Tabet, M. Faiz, A. Al-Oteibi. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenomena 163, 1-3, 15 (2008).