ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2026. №1

УДК: 537.874; 537.624

АНИЗОТРОПИЯ ЛОКАЛЬНОЙ ПРОВОДИМОСТИ

ГРАФЕНОСОДЕРЖАЩЕГО ШУНГИТА

ПО ДАННЫМ ЭЛЕКТРОСИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ

И.В. Антонец ¹, Е.А. Голубев ², В.И. Щеглов ³

¹Сыктывкарский государственный университет им. П.Сорокина,

167001, Сыктывкар, Октябрьский пр-т, 55

²Институт геологии им. Н.П.Юшкина Коми НЦ Уро РАН,

167982, Сыктывкар, ул. Первомайская, 54

³Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН,

125009, Москва, ул. Моховая, 11-7

Статья поступила в редакцию 18 ноября 2025 г.

Аннотация. Рассмотрена возможность применения метода резистивной сетки для исследования анизотропии локальной проводимости графеносодержащего шунгита. Отмечена важность постановки задачи для создания экранов электромагнитного излучения в СВЧ диапазоне. С помощью метода электросиловой микроскопии получены карты распределения углерода и кварца в образцах с малым, средним и высоким содержанием углерода. Выполнена бинарная дискретизация полученных карт. На основе дискретизированных карт выполнено построение резистивных сеток. Поострены зависимости сопротивления карт от номинала сопротивления ячейки кварца. Выявлены два вида таких зависимостей: возрастание с насыщением и возрастание линейное. Показано, что зависимость с насыщением обусловлена наличием сквозного канала, а зависимость линейная – его отсутствием. Для выявления анизотропии рассмотрены сопротивления карт в двух ориентациях – в исходной и в повернутой относительно исходной на 90 градусов. Введен параметр анизотропии, равный отношению разности сопротивлений карты до поворота и после него к сумме тех же сопротивлений до и после поворота. Установлено, что для образцов с малым и большим содержанием углерода параметр анизотропии составляет около 0,06-0,07 отн.ед., тогда как для образцов со средним содержанием углерода параметр анизотропии значительно увеличивается, достигая 0,24 отн.ед. Приведены некоторые рекомендации для дальнейшего развития работы.

Ключевые слова: графеносодержащий шунгит, электросиловая микроскопия, резистивная сетка, анизотропия.

Финансирование: Экспериментальное исследование выполнено в рамках госзадания ФГБОУ ВО «СГУ им. Питирима Сорокина» № 075-03-2024-162 по теме «Влияние структуры на статические и динамические электропроводящие свойства разупорядоченного углерода», карты структурных элементов ЭСМ и ВРЭМ получены в рамках НИР Института геологии им. Н.П. Юшкина ФИЦ Коми НЦ Уро РАН, теоретическая и статистическая обработка результатов проведена в рамках государственного задания Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН.

Автор для переписки: Щеглов Владимир Игнатьевич, vshcheg@cplire.ru

Литература

1. Мошников И.А., Ковалевский В.В., Лазарева Т.Н., Петров А.В. Использование шунгитовых пород в создании радиоэкранирующих композиционных материалов. // Материалы совещания «Геодинамика, магматизм, седиментогенез и минерагения северо-запада России. Петрозаводск: Институт геологии КарНЦ РАН. 2007. С.272-274.

2. Лыньков Л.М., Махмуд М.Ш., Криштопова Е.А. Экраны электромагнитного излучения на основе порошкообразного шунгита. // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия С. Фундаментальные науки. Новополоцк: ПГУ. 2012. №4. С.103-108.

3. Лыньков Л.М., Борботько Т.В., Криштопова Е.А. Радиопоглощающие свойства никельсодержащего порошкообразного шунгита. // ПЖТФ. 2009. Т.35. №9. С.44-48.

4. Лыньков Л.М., Борботько Т.В., Криштопова Е.А. Микроволновые и оптические свойства многофункциональных экранов электромагнитного излучения на основе порошкообразного шунгита. // Сборник трудов. 4-й международной конференции «Современные методы и технологии создания и обработки материалов». Беларусь. Минск. 2009. С.23-25.

5. Emelyanov S.G., Kuzmenko A.P., Rodionov V.V., Dobromyslov M.B. Mechanisms of microwave absorption in carbon compounds from shungite. // Journal of Nano- and Electronic Physics. 2013. V.5. №4. P.04023-1 04023-3.

6. Kuzmenko A.P., Rodionov V.V., Emelyanov S.G., Chervyakov L.M., Dobromyslov M.B. Microwave properties of carbon nanotubes grown by pyrolysis of ethanol on nickel catalyst. // Journal of Nano- and Electronic Physics. 2014. V.6. №3. P.03037-1 03037-2.

7. Бойправ О.В., Айад Х.А.Э., Лыньков Л.М. Радиоэкранирующие свойства никельсодержащего активированного угля. // ПЖТФ. 2019. Т.45. №12. С.52-54. https://doi.org/10.21883/PJTF.2019.12.47921.17225

8. Савенков Г.Г., Морозов В.А., Украинцева Т.В., Кац В.М., Зегря Г.Г., Илюшин М.А. Влияние добавок шунгита на электрический пробой перхлората аммония. // ПЖТФ. 2019. Т.45. №19. С.44-46. https://doi.org/10.21883/PJTF.2019.19.48318.17847

9. Голубев Е.А., Антонец И.В., Щеглов В.И. Модельные представления микроструктуры, электропроводящих и СВЧ-свойств шунгитов. Сыктывкар: Изд.СыктГУ. 2017.

10. Макеева Г.С., Голованов О.А. Математическое моделирование электронноуправляемых устройств терагерцового диапазона на основе графена и углеродных нанотрубок. Пенза: Изд. ПГУ. 2018.

11. Golubev Ye.A., Antonets I.V., Shcheglov V.I. Static and dynamic conductivity of nanostructured carbonaceous shungite geomaterials. // Materials Chemistry and Physics. 2019. V. 226. №3. P.195-203.

12. Антонец И.В., Голубев Е.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Динамическая проводимость графеносодержащего шунгита в диапазоне сверхвысоких частот. // ПЖТФ. 2018. Т.44. №9. С.12-18 https://doi.org/10.21883/PJTF.2018.09.46060.16883

13. Антонец И.В., Голубев Е.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Исследование проводимости графеносодержащего шунгита волноводным методом. // Сборник трудов Международного симпозиума «Перспективные материалы и технологи». Витебск: Беларусь. 2017. С.6-9.

14. Антонец И.В., Голубев Е.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Динамическая проводимость графеносодержащего шунгита в диапазоне сверхвысоких частот. // Сборник трудов XXV Международной конференции «Электромагнитное поле и материалы». М.: НИУ МЭИ. 2017. С.135-147.

15. Гейм А.К. Случайные блуждания: непредсказуемый путь к графену. // УФН. 2011. Т.181. №12. С.1284-1298.

16. Морозов С.В., Новоселов К.С., Гейм А.К. Электронный транспорт в графене. // УФН. 2008. Т.178. №7. С.776-780. https://doi.org/10.3367/UFNr.01788.2000807i8.0776

17. Hill E.W., Geim A.K., Novoselov K., Schedin F., Blake P. Graphene spin valve devices. // IEEE Trans. Magn. 2006. V.42. №10. P.2694-2696.

18. Castro Neto A.H., Guinea F., Peres N.M.R., Novoselov K.S., Geim A.K. The electronic properties of graphene. Rev.Mod.Phys. 2009. V.81. №1. P.109-162(54).

19. Ковалевский В.В. Структура углеродного вещества и генезис шунгитовых пород. // Диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук. Петрозаводск. 2007.

20. Шека Е.Ф., Голубев Е.А. О техническом графене – восстановленном оксиде графена – и его природном аналоге – шунгите. // ЖТФ. 2016. Т.86. №7. С.74-80.

21. Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. – М.: Техносфера. 2005.

22. Banerjee S., Sardar M., Gayathri N., Tyagi A.K., Baldev Raj. Enhanced conductivity in grapheme layers and at their edges. // APL. 2006. V.88. №6. P.062111.

23. Голубев Е.А. Электрофизические свойства и структурные особенности шунгита (природного наноструктурированного углерода). // ФТТ. 2013. Т.55. №5. С.995-1002.

24. Антонец И.В., Голубев Е.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Исследование структурных и электрических свойств графеносодержащего шунгита по данным электросиловой спектроскопии. Часть 1. Концентрация углерода // Журнал радиоэлектроники. – 2018. – № 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.8.5

25. Антонец И.В., Голубев Е.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Исследование структурных и электрических свойств графеносодержащего шунгита по данным электросиловой спектроскопии. Часть 2. Дискретность структуры // Журнал радиоэлектроники. – 2018. – № 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.8.6

26. Антонец И.В., Голубев Е.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Исследование структурных и электрических свойств графеносодержащего шунгита по данным электросиловой спектроскопии. Часть 3. Удельная проводимость // Журнал радиоэлектроники. – 2018. – № 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.9.1

27. Антонец И.В., Голубев Е.А., Щеглов В.И. Применение метода резистивной сетки для определения проводимости графеносодержащего шунгита по данным электросиловой микроскопии // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – № 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.11.41

28. Frank D.J., Lobb C.J. Highly efficient algorithm for percolative transport studies in two dimensions. // Phys. Rev. B. 1988. V.37. №1. P.302-307.

29. Булавин Л.А., Выгорницкий Н.В., Лебовка Н.И. Компьютерное моделирование физических систем. Долгопрудный: Изд. Дом «Интеллект». 2011.

Для цитирования:

Антонец И.В., Голубев Е.А., Щеглов В.И. Анизотропия локальной проводимости графеносодержащего шунгита по данным электросиловой микроскопии // Журнал радиоэлектроники. – 2026. – № 1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.1.11