О.Е. Глухова - д.ф.-м.н., профессор, зав. кафедрой радиотехники и электродинамики, Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского E-mail: GlukhovaOE@info.sgu.ru А.А. Зыктин - студент, кафедра радиотехники и электродинамики, Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского E-mail: zyktin.a.a@gmail.com М.М. Слепченков - к.ф.-м.н., доцент, кафедра радиотехники и электродинамики, Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского E-mail: slepchenkovm@mail.ru

Построена атомистическая модель для исследования процесса функционализации стреклоуглерода калием и кислородом, с помощью которой изучены закономерности изменения электронных и эмиссионных свойств материала. Проведено оксидирование путем присоединения атомов кислорода к краевым атомам фрагментов и легирование калием путем заполнения нанопор. По результатам расчета энтальпии реакции установлено, что оба процесса экзотермичны, однако из-за большого числа пор максимальная концентрация калия выше по сравнению с кислородом. Путем исследования электронной структуры показано, что оксидирование увеличивает работу выхода на ~0,6 эВ, а легирование калием позволяет уменьшить работу выхода на ~1,3 эВ. Отмечено, что с увеличением концентрации калия работа выхода уменьшается по квадратичному закону, что дает основание предположить, что увеличением размеров и числа пор можно достичь более заметного снижения работы выхода.

 

1. Sohda Y., Tanenbaum D.M., Turner S.W., Craighead H.G. Fabrication of arrayed glassy carbon field emitters // J. Vac. Sci. Technol. B. 1997. V. 15. P. 343−348.
2. Nakao A., Iwaki M., Yokoyama Y. Potassium ion implantation into glassy carbon // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2003. V. 206. P. 211−214.
3. Zhao Z., Wang E.F., Yan H., Kono Y., Wen B., Bai L., Shi F., Zhang J., Kenney-Benson C., Park C., Wang Y., Shen G. Nanoarchitectured materials composed of fullerene-like spheroids and disordered grapheme layers with tunable mechanical properties // Nature Communications. 2015. V. 6. № 6212. P. 1−10.
4. Bauer J., Schroer A., Schwaiger R., Kraft O. Approaching theoretical strength in glassy carbon nanolattices // Nature Materials. 2016. V. 15. P. 438−443.
5. Franklin R.E. Crystallite growth in graphitizing and nongraphitizing carbons // Proc. Roy. Soc. A. 1951. V. 209. № 1097. P. 197−218.
6. Harris P.J.F. Structure of non-graphitising carbons // International Materials Reviews. 1997. V. 42. № 5. P. 206−218.
7. Harris P.J.F. Fullerene-like models for microporous carbon // Journal of Materials Science. 2013. V. 48. P. 565−577.
8. URL = http://nanokvazar.ru/ (25.02.2016).
9. URL = http://www.dftb.org/ (10.03.2016).
10. Poklonskii N.A., Kislyakov E.F., Fedoruk G.G., Vyrko S.A. Electronic structure model of a metal-filled carbon nanotube // Physics of the Solid State. 2000. V. 42. № 10. P. 1966−1971.