pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2018-9-1-66-73pimi-369Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsВЛИЯНИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ОБЛУЧЕНИЯ НА ПАРАМЕТРЫ МАССИВОВ ZN НАНОТРУБОК ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ГИБКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИINFLUENCE OF IONIZING IRRADIATION ON THE PARAMETERS OF ZN NANOTUBES ARRAYS FOR DESIGN OF FLEXIBLE ELECTRONICS ELEMENTSКадыржановД. Б.KadyrzhanovD. B.ЗдоровецМ. В.ZdorovetsM. V.КозловскийА. Л.KozlovskiyA. L.ПетровА. В.PetrovA. V.БундюковаВ. Д.BundyukovaV. D.ШумскаяЕ. Е.ShumskayaA. E.

Адрес для переписки:  Шумская Е.Е. – НПЦ НАН Беларуси по материаловедению, ул. П. Бровки, 19, г. Минск 220072, Беларусь     e-mail: lunka7@mail.ru

Address for correspondence: Shumskaya A.E. – Scientific and Practical Materials Research Center of NAS of Belarus, P. Brovka str., 19, Minsk 220072, Belarus.     e-mail: lunka7@mail.ru

lunka7@mail.ruКанюковЕ. Ю.KaniukovE. Yu.Евразийский национальный университет им. Л.Н. ГумилеваКазахстанL.N. Gumilyov Eurasian National UniversityKazakhstanЕвразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева; Астанинский филиал Института ядерной физики Министерства энергетики Республики Казахстан; Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. ЕльцинаКазахстанL.N. Gumilyov Eurasian National University; Astana branch of the Institute of Nuclear Physics, Ministry of Energy of the Republic of Kazakhstan; Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. YeltsinKazakhstanЕвразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева; Астанинский филиал Института ядерной физики Министерства энергетики Республики Казахстан;КазахстанL.N. Gumilyov Eurasian National University; Astana branch of the Institute of Nuclear Physics, Ministry of Energy of the Republic of KazakhstanKazakhstanНаучно-практический центр НАН Беларуси по материаловедениюБеларусьScientific and Practical Materials Research Centre of NAS of BelarusBelarus201820032018916673Copyright © Кадыржанов Д.Б., Здоровец М.В., Козловский А.Л., Петров А.В., Бундюкова В.Д., Шумская Е.Е., Канюков Е.Ю., 20182018Кадыржанов Д.Б., Здоровец М.В., Козловский А.Л., Петров А.В., Бундюкова В.Д., Шумская Е.Е., Канюков Е.Ю.Kadyrzhanov D.B., Zdorovets M.V., Kozlovskiy A.L., Petrov A.V., Bundyukova V.D., Shumskaya A.E., Kaniukov E.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/369

Целью работы являлось изучение возможности применения массивов Zn нанотрубок в качестве основы для создания малогабаритных и легковесных элементов гибкой электроники, в том числе в условиях воздействия ионизирующего излучения.

В работе представлены результаты синтеза Zn нанотрубок, полученных путем электрохимического осаждения в поры полимерных матриц, и изучение их структурных и электрофизических свойств после направленной модификации ионизирующим излучением с различной дозой. Методами растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного и энергодисперсионного анализа изучена структура нанотрубок, имеющих поликристаллическую структуру и полностью состоящих из цинка, и продемонстрировано, что облучение ионами Ar8+ с дозой от 1 × 109 до 5 × 1011 ион/см2 и энергией 1,75 МэВ/нуклон оказывает влияние на кристаллическую структуру нанотрубок.

При больших дозах в Zn нанотрубок возникают локализованные высокодефектные зоны, приводящие к критическому изменению структуры и, соответственно, электропроводимости: при малых дозах электропроводимость увеличивается, однако при достижении порогового значения – резко снижается. Таким образом, был устанавлен механизм воздействия ионизирующего облучения на наноматериалы и определена возможность применения массивов Zn нанотрубок в качестве основы для создания малогабаритных и легковесных элементов гибкой электроники.

The aim of the study is establishing the possibility of using Zn nanotube arrays as a basis for design compact and lightweight elements of flexible electronics, including operating under influence of ionizing irradiation.

The paper presents the results of the synthesis of Zn nanotubes obtained by electrochemical deposition in the pores of polymer matrices and the study of their structural and electrophysical properties after directional modification by ionizing radiation with different doses. Using the methods of scanning electron microscopy, X-ray diffraction and energy dispersive analysis, the structure of nanotubes having a polycrystalline structure and completely consisting of zinc was studied and it was demonstrated that irradiation with Ar8+ ions with a dose from 1 × 109 to 5 × 1011 ion/cm2 and energy 1.75 MeV/nucleon has an effect on the crystal structure of nanotubes.

At high doses, localized highly defect zones arise, leading to a critical change in the structure and physical properties of the nanotubes, respectively. It is shown that the consequence of the modification of the crystal structure is a change in the electrical conductivity of nanotubes: at low doses the electrical conductivity increases, but when the threshold value is reached, it sharply decreases. The change in the crystal structure and the corresponding changes in the conductive properties of Zn nanotubes due to irradiation determine the mechanism of ionizing radiation influence on nanomaterials and determine the possibility of using Zn nanotubes arrays as a basis for creating compact and lightweight elements of flexible electronics.

радиационное материаловедениенанотехнологиикристаллическая структураэлектропроводностьгибкая электроникаradiation material sciencenanotechnologycrystal structureconducting propertiesflexible electronics.ReferencesKaur A., Chauhan R.P. Modifications induced by silicon and nickel ion beams in the electrical conductivity of zinc nanowires. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2013, vol. 24, no. 11, pp. 4302–4310. doi: 10.1007/s10854-013-1402-0Kaur A., Chauhan R.P. Modifications induced by silicon and nickel ion beams in the electrical conductivity of zinc nanowires. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2013, vol. 24, no. 11, pp. 4302–4310. doi: 10.1007/s10854-013-1402-0Ronning C., Borschel C., Geburt S., Niepelt R. Ion beam doping of semiconductor nanowires. Materials Science and Engineering R: Reports, 2010, vol. 70, no. 3–6, pp. 30–43. doi: 10.1016/j.mser.2010.07.002Ronning C., Borschel C., Geburt S., Niepelt R. Ion beam doping of semiconductor nanowires. Materials Science and Engineering R: Reports, 2010, vol. 70, no. 3–6, pp. 30–43. doi: 10.1016/j.mser.2010.07.002Chauhan R.P., Gehlawat D., Kaur A. Ion beam fluence induced variation in optical band-gap of ZnO nanowires. Journal of Experimental Nanoscience, 2014, vol. 9, no. 8, pp. 871–876. doi: 10.1080/17458080.2012.736639Chauhan R.P., Gehlawat D., Kaur A. Ion beam fluence induced variation in optical band-gap of ZnO nanowires. Journal of Experimental Nanoscience, 2014, vol. 9, no. 8, pp. 871–876. doi: 10.1080/17458080.2012.736639Gehlawat D., Chauhan R.P. Swift heavy ions induced variation in the electronic transport through Cu nanowires. Materials Chemistry and Physics, 2014, vol. 145, no. 1–2, pp. 60–67. doi: 10.1016/j.matchemphys.2014.01.033Gehlawat D., Chauhan R.P. Swift heavy ions induced variation in the electronic transport through Cu nanowires. Materials Chemistry and Physics, 2014, vol. 145, no. 1–2, pp. 60–67. doi: 10.1016/j.matchemphys.2014.01.033Chauhan R.P., Rana P. Effect of O5+ ion implantation on the electrical and structural properties of Cu nanowires. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 2014, vol. 302, no. 2, pp. 851–856. doi: 10.1007/s10967-014-3262-3Chauhan R.P., Rana P. Effect of O5+ ion implantation on the electrical and structural properties of Cu nanowires. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 2014, vol. 302, no. 2, pp. 851–856. doi: 10.1007/s10967-014-3262-3Dhara S. Formation, dynamics, and characterization of nanostructures by ion beam irradiation. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 2007, vol. 32, no. 1–2, pp. 1–50. doi: 10.1080/10408430601187624Dhara S. Formation, dynamics, and characterization of nanostructures by ion beam irradiation. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 2007, vol. 32, no. 1–2, pp. 1–50. doi: 10.1080/10408430601187624Park S.K., Hong Y.K., Lee Y.B., Bae S.W., Joo J. Surface modification of Ni and Co metal nanowires through MeV high energy ion irradiation. Current Applied Physics, 2009, vol. 9, no. 4, pp. 847–851. doi: 10.1016/j.cap.2008.07.021Park S.K., Hong Y.K., Lee Y.B., Bae S.W., Joo J. Surface modification of Ni and Co metal nanowires through MeV high energy ion irradiation. Current Applied Physics, 2009, vol. 9, no. 4, pp. 847–851. doi: 10.1016/j.cap.2008.07.021Rana P., Narula C., Rani A., Chauhan R.P., Gupta R., Kumar R. Ion implantation effects of negative oxygen on copper nanowires. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2017, vol. 28, no. 14, pp. 9998–10006. doi: 10.1007/s10854-017-6757-1Rana P., Narula C., Rani A., Chauhan R.P., Gupta R., Kumar R. Ion implantation effects of negative oxygen on copper nanowires. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2017, vol. 28, no. 14, pp. 9998–10006. doi: 10.1007/s10854-017-6757-1Kumari M., Rana P., Chauhan R.P. Modifi tions in structural and electrical properties of gamma irradiated CdSe nanowires. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 2014, vol. 753, pp. 116–120. doi: 10.1016/j.nima.2014.03.062Kumari M., Rana P., Chauhan R.P. Modifi tions in structural and electrical properties of gamma irradiated CdSe nanowires. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 2014, vol. 753, pp. 116–120. doi: 10.1016/j.nima.2014.03.062Shlimas D.I., Kozlovskiy A.L., Zdorovets M.V., Mashentseva A.A., Kadyrzhanov K.K. Changes in structural and conducting characteristics of zinc nanotubes by bombardment with Xe+22 heavy ions. High Energy Chemistry, 2017, vol. 51, no. 1, pp. 14–19. doi: 10.1134/S0018143916060175Shlimas D.I., Kozlovskiy A.L., Zdorovets M.V., Mashentseva A.A., Kadyrzhanov K.K. Changes in structural and conducting characteristics of zinc nanotubes by bombardment with Xe+22 heavy ions. High Energy Chemistry, 2017, vol. 51, no. 1, pp. 14–19. doi: 10.1134/S0018143916060175Korolkov I. V., Gorin Y.G., Yeszhanov A.B., Kozlovskiy A.L., Zdorovets M.V. Preparation of PET track-etched membranes for membrane distillation by photo-induced graft polymerization. Materials Chemistry and Physics, 2018, vol. 205, pp. 55–63. doi: 10.1016/j.matchemphys.2017.11.006Korolkov I. V., Gorin Y.G., Yeszhanov A.B., Kozlovskiy A.L., Zdorovets M.V. Preparation of PET track-etched membranes for membrane distillation by photo-induced graft polymerization. Materials Chemistry and Physics, 2018, vol. 205, pp. 55–63. doi: 10.1016/j.matchemphys.2017.11.006

The authors declare that there are no conflicts of interest present.