Вплив гамма, нейтронного, іонного та електронного опромінення на структуру та властивості графену
DOI:
https://doi.org/10.20535/RADAP.2024.96.62-67Ключові слова:
графен, γ-опромiнення, нейтронне опромінення, електронне опромінення, іонне опромінення, ефект самозаліковування, термоядерний синтезАнотація
У статті розглядаються дослідження впливу різних видів радіації, зокрема γ-опроміння, нейтронного, іонного та електронного опромінення, на графен та пристрої на основі графену. Вивчення реакції графену на радіацію має вирішальне значення через його потенційне застосування в таких галузях, як ядерна енергетика та освоєння космосу, де вплив радіації є значним.
У статтi обговорюються нещодавнi експерименти, проведенi для дослiдження впливу γ-промiння на шари графену та пристрої на його основi, якi виявили змiни у вiдстанi мiж шарами графену, виникнення дефектiв i змiну електричних характеристик.
Аналогічно, дослідження впливу нейтронного опромінення на графен демонструють його стійкість до такого проміння, причому сенсори на основі графену зберігають функціональність навіть після впливу високого нейтронного потоку. Більше того, дослідження іонного опромінення виявляють здатність модифікувати структуру графену, хоча воно і спричиняє значні пошкодження. Електронне опромінення утворє дефекти, що в свою чергу знизило рівнь шуму в пристроях на основі графену, що є унікальною характеристикою, яка не спостерігається в традиційних матеріалах.
Також були зроблені висновки щодо впливу температури на графен, при цьому виявлено, що підвищені температури сприяють зменшенню дефектів шляхом відпалу, демонструючи властивості графену до самовідновлення.
На завершення, стаття підкреслює стійкість графену до радіації та його потенціал для використання у високорадіаційних середовищах, де традиційні матеріали можуть не витримати. Отримані результати свідчать про те, що сенсори і пристрої на основі графену можуть зберігати функціональність навіть за наявності дефектів, спричинених радіацією, що відкриває багатообіцяючі перспективи для застосування в ядерній енергетиці та космічних дослідженнях. Для кращого розуміння впливу радіації в реальному часі на функціональність пристроїв рекомендується проводити подальші натурні дослідження. Загалом, графен є чудовим кандидатом для різних застосувань завдяки своїм унікальним властивостям і радіаційній стійкості.
Посилання
References
Al Faruque, M. A., Syduzzaman, M., Sarkar, J., Bilisik, K. та Naebe, M. (2021). A Review on the Production Methods and Applications of Graphene-Based Materials. Nanomaterials, Vol. 11(9), 2414. doi: 10.3390/nano11092414.
Mas-Ballesté, R., Gómez-Navarro, C., Gómez-Herrero, J. та Zamora, F. (2011). 2D materials: to graphene and beyond. Nanoscale, Vol. 3, Iss. 1, pp. 20–30. doi: 10.1039/c0nr00323a.
Taher, S. E., Ashraf, J. M., Liao, K. та Abu Al-Rub, R. K. (2023). Mechanical properties of graphene-based gyroidal sheet/shell architected lattices. Graphene and 2D Materials, Vol. 8, pp. 161–178. doi: 10.1007/s41127-023-00066-2.
Paddubskaya, A., Batrakov, K., Khrushchinsky, A., Kuten, S., Plyushch, A. et al. (2021). Outstanding Radiation Tolerance of Supported Graphene: Towards 2D Sensors for the Space Millimeter Radioastronomy. Nanomaterials, Vol. 11(1), 170. doi: 10.3390/nano11010170.
Shinn, E., Hübler, A., Lyon, D., Perdekamp, M. G., Bezryadin, A., Belkin, A. (2012). Nuclear energy conversion with stacks of graphene nanocapacitors. Complexity, Vol. 18(3), doi: 10.1002/cplx.21427.
El-Ahmar, S., Szary, M. J., Ciuk, T., Prokopowicz, R., Dobrowolski, A., Jagiełło, J., Ziemba, M. (2022). Graphene on SiC as a promising platform for magnetic field detection under neutron irradiation. Applied Surface Science, Vol. 590, 152992. doi: 10.1016/j.apsusc.2022.152992.
Scalia, T., Bonventre, L. and Terranova, M. L. (2023). From Protosolar Space to Space Exploration: The Role of Graphene in Space Technology and Economy. Nanomaterials, Vol. 13, Iss. 4, 680. doi: 10.3390/nano13040680.
Gorbar, E. V. and Sharapov, S. G. (2013). Osnovy fizyky grafenu. Kyyiv: NAN Ukrainy, Instytut teoretychnoi fizyky im. M.M. Boholiubova ta Kyivskyi natsionalnyi universytet imeni Tarasa Shevchenka.
Warner J. H., Schäffel F. and Rümmeli M. H. (2013). Graphene. Elsevier. doi: 10.1016/c2011-0-05169-4.
Kyzas, G. Z. and Mitropoulos, A. C., eds. (2017). Graphene Materials - Structure, Properties and Modifications. InTech. doi: 10.5772/65151.
Ďuran, I., Entler, S., Grover, O., Bolshakova, I., Výborný, K., et al. (2019). Status of steady-state magnetic diagnostic for ITER and outlook for possible materials of Hall sensors for DEMO. Fusion Engineering and Design, Vol. 146, Part B, pp. 2397–2400. doi: 10.1016/j.fusengdes.2019.03.201.
Biel, W. et al. (2019). Diagnostics for plasma control – From ITER to DEMO. Fusion Engineering and Design, Vol. 146, Part A, pp. 465–472. doi: 10.1016/j.fusengdes.2018.12.092.
Sowery, K. (2022). Applied Nanolayers’ graphene is approaching sun synchronous orbit. Electronic specifier. Applied Nanolayers.
Zhang, Y., Shi, J., Chen, C., Li, N., Xu, Z., et al. (2018). Structural evolution of defective graphene under heat treatment and gamma irradiation. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, Vol. 97, pp. 151–154. doi: 10.1016/j.physe.2017.11.007.
Xu, Y., Bi, J., Xi, K. and Liu, M. (2019). The effects of γ-ray irradiation on graphene/n-Si Schottky diodes. Applied Physics Express, Vol. 12, Iss. 6, 061004. doi: 10.7567/1882-0786/ab1e98.
Xi, K., Bi, J. S., Hu, Y., Li, B., Liu, J., et al. (2018). Impact of γ-ray irradiation on graphene nano-disc non-volatile memory. Applied Physics Letters, Vol. 113, Iss. 16, 164103. doi: 10.1063/1.5050054.
Alexandrou, K., Masurkar, A., Edrees, H., Wishart, J. F., Hao, Y., et al. (2016). Improving the radiation hardness of graphene field effect transistors. Applied Physics Letters, Vol. 109, Iss. 15, 153108. doi: 10.1063/1.4963782.
Fan, L., Bi, J., Xi, K., Yang, X., Xu, Y. and Ji, L. (2021). Impact of γ-Ray Irradiation on Graphene-Based Hall Sensors. IEEE Sensors Journal, Vol. 21, Iss. 14, pp. 16100–16106. doi: 10.1109/jsen.2021.3075691.
Bolshakova, I. A., Kost, Y. Y., Radishevskyi, M. I., Shurygin, F. M., Vasyliev, O. V., et al. (2020). Resistance of Hall Sensors Based on Graphene to Neutron Radiation. In: Springer Proceedings in Physics, Singapore, pp. 199–209. doi: 10.1007/978-981-15-3996-1_20.
Eapen, J., Krishna, R., Burchell, T. D. and Murty, K. L. (2013). Early Damage Mechanisms in Nuclear Grade Graphite under Irradiation. Materials Research Letters, Vol. 2, Iss. 1, pp. 43–50. doi: 10.1080/21663831.2013.841782.
Vazquez, H., Åhlgren, E. H., Ochedowski, O., Leino, A. A., Mirzayev, R., et al. (2017). Creating nanoporous graphene with swift heavy ions. Carbon, Vol. 114, pp. 511–518. doi: 10.1016/j.carbon.2016.12.015.
Kamarou, A. (2006). Radiation Effects and Damage Formation in Semiconductors due to High-Energy Ion Irradiation.
Biletskyi, V. S., Ed., (2004). Mala Hirnycha Etsyklopediia. Donetsk: Donbas.
Yoon, K., Rahnamoun, A., Swett, J. L., Iberi, V., Cullen, D. A., et al. (2016). Atomistic-Scale Simulations of Defect Formation in Graphene under Noble Gas Ion Irradiation. ACS Nano, Vol. 10, Iss. 9, pp. 8376–8384. doi: 10.1021/acsnano.6b03036.
Xu, Y., Zhang, K., Brüsewitz, C., Wu, X. and Hofsäss, H. C. (2013). Investigation of the effect of low energy ion beam irradiation on mono-layer graphene. AIP Advances, Vol. 3, Iss. 7, 072120. doi: 10.1063/1.4816715.
Kim, S., Dyck, O., Ievlev, A. V., Vlassiouk, I. V., Kalinin, S. V., et al. (2018). Graphene milling dynamics during helium ion beam irradiation. Carbon, Vol. 138, pp. 277–282. doi: 10.1016/j.carbon.2018.06.017.
Lucchese, M. M., Stavale, F., Ferreira, E. H. M., Vilani, C., Moutinho, M. V. O., et al. (2010). Quantifying ion-induced defects and Raman relaxation length in graphene. Carbon, Vol. 48, Iss. 5, pp. 1592–1597. doi: 10.1016/j.carbon.2009.12.057.
Teweldebrhan, D. and Balandin, A. A. (2009). Modification of graphene properties due to electron-beam irradiation. Applied Physics Letters, Vol. 94, Iss. 1, 013101. doi: 10.1063/1.3062851.
Childres, I., Jauregui, L. A., Foxe, M., Tian, J., Jalilian, R., et al. (2010). Effect of electron-beam irradiation on graphene field effect devices. Applied Physics Letters, Vol. 97, Iss. 17, 173109. doi: 10.1063/1.3502610.
Zhou, Y., Jadwiszczak, J., Keane, D., Chen, Y., Yu, D. and Zhang, H. (2017). Programmable graphene doping via electron beam irradiation. Nanoscale, Vol. 9, Iss. 25, pp. 8657–8664. doi: 10.1039/c7nr03446f.
Zahid Hossain, M., Rumyantsev, S., Shur, M. S. and Balandin, A. A. (2013). Reduction of 1/f noise in graphene after electron-beam irradiation. Applied Physics Letters, Vol. 102, Iss. 15, 153512. doi: 10.1063/1.4802759.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Роман
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
