1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2024-29-4-420-431CYHFZH681.51.011Mатериалы электроникиFeatures of the effect of a helium ion beam on an intercalated graphite filmОсобенности воздействия пучка ионов гелия на пленку интеркалированного графитаХамдохов Залим МухамедовичХамдоховЗалим МухамедовичKhamdokhovZalim M.Zalim M. KhamdokhovМаргушев Заур ЧамиловичМаргушевЗаур ЧамиловичMargushevZaur Ch.Zaur Ch. MargushevКалажоков Замир ХамидбиевичКалажоковЗамир ХамидбиевичKalazhokovZamir Kh.Zamir Kh. KalazhokovКалажоков Хамидби ХажисмеловичКалажоковХамидби ХажисмеловичKalazhokovKhamidbi Kh.Khamidbi Kh. KalazhokovКушхов Хасби БиляловичКушховХасби БиляловичKushchovKhasbi B.Khasbi B. KushchovТешев Руслан ШахбановичТешевРуслан ШахбановичTeshevRuslan Sh.Ruslan Sh. TeshevКабардино-Балкарский научный центр Российской академии наук (Россия, 360000, Кабардино-Балкарская Республика, г. Нальчик, ул. И. Арманд, 37а)Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова (Россия, 360004, Кабардино-Балкарская Республика, г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173); Кабардино-Балкарский научный центр Российской академии наук (Россия, 360000, Кабардино-Балкарская РКабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова (Россия, 360004, Кабардино- Балкарская Республика, г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173)Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова (Россия, 360004, Кабардино-Балкарская Республика, г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173)29072025Том. 29 №4420431http://ivuz-e.ru/issues/Том 29 №4/osobennosti_vozdeystviya_puchka_ionov_geliya_na_plenku_interkalirovannogo_grafita/http://ivuz-e.ru#

Intercalated graphite is a promising carbon material to be applied as an autoemission media because it is possible to synthesize carbon nanostructure in them by the means of unsophisticated experiments. However, there is no sufficient data in the literature on the effect of ionic action on physical properties of intercalated graphite. In this work, the surface morphology and structure of composite films based on intercalated graphite obtained by treating graphite powder and Fe, Ni, Y2O3, Cr doping materials in an oxidizing solution of nitric and sulfuric acids are studied. The changes in films that occur by the action of helium ion bombardment are shown. It has been established that the resulting films contain two modifications of graphite with different interplanar distances - hexagonal P 63mc (0.247 nm) and metastable rhombohedral R-3m (0.246 nm). It was demonstrated that XPS spectra at the C 1s level correspond to crystalline carbon with varying degrees of chemical structure hydrogenation. It was found that the films are characterized by the absence of an ordered surface relief structure and consist of randomly oriented aggregates of particles. The formation of graphite flakes having various shapes and a thickness of approximately several tens of nanometers was discovered. A slight change in the surface morphology of the samples that were activated by helium plasma was noted. It was defined that graphite-like sp2 clusters are more resistant to ion irradiation than sp3 clusters. It was demonstrated that during film bombardment with helium ions the sp3 clusters are rearranged into more stable C-O, C-O-C and C=O chemical structures. The average size of sp2 clusters is ~ 5 nm.

Интеркалированный графит - перспективный углеродный материал для применения в качестве автоэмиссионных сред, так как в них можно синтезировать углеродные наноструктуры с помощью несложных экспериментов. Однако в литературе нет достаточных данных о влиянии ионного воздействия на физические свойства интеркалированного графита. В работе исследованы морфология поверхности и структура композитных пленок на основе интеркалированного графита, полученного путем обработки порошка из графита и примесей Fе, Ni, Y2O3, Cr в окислительном растворе азотной и серной кислот. Показаны изменения пленок, происходящие под действием бомбардировки ионами гелия. Установлено, что полученные пленки содержат две модификации графита с различными межплоскостными расстояниями - гексагональную P 63mc (0,247 нм) и метастабильную ромбоэдрическую R-3m (0,246 нм). Продемонстрировано, что РФЭС-спектры уровня C 1s соответствуют кристаллическому углероду с различной степенью гидрогенизации химической структуры. Выявлено, что пленки характеризуются отсутствием упорядоченной структуры рельефа поверхности и состоят из случайно ориентированных агрегатов частиц. Обнаружено образование чешуек графита, имеющих различные формы и толщину примерно несколько десятков нанометров. Отмечено незначительное изменение морфологии поверхности образцов, прошедших активацию гелиевой плазмой. Определено, что графитоподобные sp2-кластеры более устойчивы к ионному облучению, чем sp3-кластеры. Показано, что в процессе бомбардировки пленки ионами гелия происходит перестройка sp3-кластеров в более устойчивые химические структуры C-O, C-O-C и C=O. Средний размер sp2-кластеров ~ 5 нм.

интеркалированный графитподложки из нержавеющей сталиаморфный углеродкарбид железакомбинационное рассеяние светарентгеновская фотоэлектронная спектроскопияintercalated graphitestainless steel substratesamorphous carboniron carbideRaman scatteringX-ray photoelectron spectroscopy Сорокина Н. Е., Никольская И. В., Ионов С. Г., Авдеев В. В. Интеркалированные соединения графита акцепторного типа и новые углеродные материалы на их основе // Изв. Академии наук. Серия: химическая. 2005. № 8. C. 1699-1716. EDN: HSPOYLSorokina N. E., Nikol’skaya I. V., Ionov S. G., Avdeev V. V. Acceptor-type graphite intercalation compounds and new carbon materials based on them. Russ. Chem. Bull., 2005, vol. 54, iss. 8, pp. 1749–1767. https://doi.org/10.1007/s11172-006-0034-4Черныш И. Г., Бурая И. Д. Исследование процесса окисления графита раствором бихромата калия в серной кислоте // Химия твердого топлива. 1990. № 1. С. 123-127.Chernysh I. G., Buraya I. D. Research of graphite oxidation by potassium bichromate solution in sulphuric acid. Khimiya tverdogo topliva, 1990, no. 1, pp. 123–127. (In Russian).Лобанов С. В., Федоров И. А., Шешин Е. П. Термо- и автоэмиссионные свойства наноструктурированных катодов, изготовленных на основе интеркалированного пирографита // Тр. МФТИ. 2017. Т. 9. № 4 (36). С. 39-42. EDN: YUSWIZLobanov S. V., Fedorov I. A., Sheshin E. P. Thermionic and field emission properties of nanostructured cathodes based on intercalated pyrolytic graphite. Tr. MFTI = Proceedings of Moscow Institute of Physics and Technology, 2017, vol. 9, no. 4 (36), pp. 39–42. (In Russian).Евстигнеев С. И., Ткаченко А. А. Катоды и подогреватели электровакуумных приборов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. школа, 1975. 195 с.Evstigneyev S. I., Tkachenko A. A. Cathodes and vacuum tube heaters. 2nd ed., rev. and upd. Moscow, Vyssh. shkola Publ., 1975. 195 p. (In Russian).Разработка автоэмиссионных катодов методом прессования пирографита с тройным карбонатом / С. В. Лобанов, И. А. Федоров, Е. П. Шешин и др. // Нано- и микросистемная техника. 2017. Т. 19. № 1. С. 45-52. -. DOI: 10.17587/nmst.19.45-52 EDN: XRKVUDLobanov S. V., Fedorov I. A., Sheshin E. P., Grigoryeva I. G., Antonov A. A. Development of the field emission cathodes by pressing of pyrolytic graphite with triple carbonate. Nano- i mikrosistemnaya tekhnika = Nano- and Microsystems Techology, 2017, vol. 19, no. 1, pp. 45–52. (In Russian). https://doi.org/10.17587/nmst.19.45-52Соловьёва А. Е. Изменения структуры поликристаллического оксида иттрия при облучении ионами ксенона // Успехи прикладной физики. 2017. Т. 5. № 6. С. 591-597. EDN: YLMCRMSolovyeva A. E. Modeling of the mechanism of changing the structure of polycrystalline yttrium oxide upon irradiation with xenon ions. Uspekhi prikladnoy fiziki = Advances in Applied Physics, 2017, vol. 5, no. 6, pp. 591–597. (In Russian).Спектры рамановского рассеяния света аморфного углерода, модифицированного железом / С. Г. Ястребов, В. И. Иванов-Омский, В. А. Кособукин и др. // Письма в ЖТФ. 2004. Т. 30. № 23. С. 47-53. EDN: RDBMUVYastrebov S. G., Ivanov-Omskii V. I., Kosobukin V. A., Dumitrache F., Morosanu C. Raman spectra of iron-modified amorphous carbon. Tech. Phys. Lett., 2004, vol. 30, iss. 12, pp. 995–997. https://doi.org/10.1134/1.1846838Baker F. S., Osborn A. R., Williams J. Field emission from carbon fibres: A new electron source // Nature, 1972. Vol. 239. P. 96-97.Свободные графеновые пленки из терморасширенного графита / А. Т. Дидейкин, В. В. Соколов, Д. А. Саксеев и др. // ЖТФ. 2010. Т. 80. № 9. С. 146-149. EDN: RCTVOBDideikin A. T., Sokolov V. V., Sakseev D. A., Baidakova M. V., Vul’ A. Ya. Free graphene films obtained from thermally expanded graphite. Tech. Phys., 2010, vol. 55, no. 9, pp. 1378–1381. https://doi.org/10.1134/S1063784210090239Некоторые аспекты использования углеродных материалов в автоэлектронных эмиссионных катодах / А. Ф. Бобков, Е. В. Давыдов, С. В. Зайцев и др. // Журнал технической физики. 2001. Т. 71. Вып. 6. С. 95-103. EDN: RYPNPFBobkov A. F., Davydov E. V., Zaitsev S. V., Karpov A. V., Kazadaev M. A., Nikolaeva I. N., Popov M. O., Skorokhodov E. N., Suvorov A. L., Cheblukov Yu. N. Some aspects of the use of carbon materials in autoelectronic emission cathodes. Journal of Technical Physics, 2001, vol. 71, iss. 6, pp. 95–103.Khamdokhov Z. M., Fedotova G. V., Samodurov P. S., Shermetova M. A. Cold cathodes based on an assembly of microchannel plates for low-power X-ray tubes // Instruments and Experimental Techniques. 2021. Vol. 64. No. 1. Р. 117-120. EDN: JCGWTBNIST X-ray photoelectron spectroscopy database (SRD 20), version 5.0 // National Institute of Standards and Technology [Электронный ресурс]. 2023. 10.18434/T4T88K (дата обращения: 22.04.2024). DOI: 10.18434/T4T88KBiesinger M. C. Accessing the robustness of adventitious carbon for charge referencing (correction) purposes in XPS analysis: Insights from a multi-user facility data review // Appl. Surf. Sci. 2022. Vol. 597. Art. ID: 153681. DOI: 10.1016/j.apsusc.2022.153681 EDN: NFPLMCMorgan D. J.Comments on the XPS analysis of carbon materials //j. of Carbon Research. 2021. Vol. 7. Iss. 3. Art. No. 51. DOI: 10.3390/c7030051 EDN: IWLVAMСпектроскопические методы исследования продуктов эрозии первой стенки токамака (обзор) / Н. Ю. Свечников, В. Г. Станкевич, Б. Н. Колбасов и др. // ВАНТ. Серия: Термоядерный синтез. 2022. Т. 45. № 4. С. 5-33. -. DOI: 10.21517/0202-3822-2022-45-4-5-33 EDN: YWYWQISvechnikov N. Yu., Stankevich V. G., Kolbasov B. N., Lebedev A. M., Sukhanov L. P., Menshikov K. A. On the possibility of studying the erosion products of the tokamak first wall materials by spectroscopic methods (review). VANT. Seriya: Termoyadernyy sintez = Problems of Atomic Science and Technology, Series: Thermonuclear Fusion, 2022, vol. 45, no. 4, pp. 5–33. (In Russian). https://doi.org/10.21517/0202-3822-2022-45-4-5-33Ferrari A. C., Robertson J.Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon // Phys. Rev. B. 2000. Vol. 61. Iss. 20. P. 14095-14107. DOI: 10.1103/PhysRevB.61.14095Ferrari A. C. Raman spectroscopy of graphene and graphite: Disorder, electron-phonon coupling, doping and nonadiabatic effects // Solid State Commun. 2007. Vol. 143. Iss. 1-2. P. 47-57. DOI: 10.1016/j.ssc.2007.03.052 EDN: MLGYZBПул Ч. П., Оуэнс Ф. Нанотехнологии / пер. с англ. под ред. Ю. И. Головина. 2-е изд. М.: Техносфера, 2006. 327 с.Poole Ch. P., Jr., Owens F. J. Introduction to nanotechnology. Hoboken, NJ, John Wiley & Sons, 2003. xii, 388 p.