ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №11

УДК: 537.874; 537.624

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА РЕЗИСТИВНОЙ СЕТКИ

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОВОДИМОСТИ ГРАФЕНОСОДЕРЖАЩЕГО

ШУНГИТА ПО ДАННЫМ ЭЛЕКТРОСИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ

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

¹ Сыктывкарский государственный университет им. П.Сорокина,

167001, Сыктывкар, Октябрьский пр-т, 55

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

167982, Сыктывкар, ул. Первомайская, 54

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

125009, Москва, ул. Моховая, 11 к.7

Статья поступила в редакцию 23 сентября 2025 г.

Аннотация. Рассмотрена возможность применения метода резистивной сетки для анализа сопротивления графеносодержащего шунгита по данным электросиловой микроскопии. Отмечена задача применения шунгита для создания экранов микроволнового излучения. Приведен пример построения карты содержания углерода методом электросиловой микроскопии, выполнена ее бинарная дискретизация. Приведена схема построения резистивной сетки на основе дискретизированной карты. Выполнена процедура сворачивания, в результате которой сетка преобразована в единственный резистор, номинал которого равен сопротивлению исходной сетки. Представлена схема получения частичных карт из единой карты путем разделения ее на четыре части. Получены зависимости сопротивления частичных карт от сопротивления ячейки кварца. Выявлены два вида таких зависимостей: возрастание с насыщением и возрастание линейное. Выявлено существование «сквозного канала», представляющего собой непрерывную цепочку ячеек углерода. Установлено, что возрастание с насыщением обусловлено существованием на частичной карте сквозного канала. Установлено, что в отсутствие сквозного канала зависимость сопротивления карты от сопротивления ячейки кварца возрастает линейно. Выполнена нормировка сопротивлений сеток различных образцов относительно проводимости, измеренной методом контактов. Получен нормировочный коэффициент, позволяющий получить значения проводимостей с точностью до 25 %. Рассмотрено влияние степени неоднородности образцов на проводимые измерения. Приведены некоторые замечания о возможном развитии работы.

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

Финансирование: 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» (получение карт шунгита методом электросиловой микроскопии), а также в рамках государственного задания Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН (обработка карт методом резистивной сетки).

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. Соколов В.А., Калинин Ю.К., Дюккиев Е.Ф. (ред.). Шунгиты – новое углеродистое сырье. Петрозаводск: Карелия. 1984.

16. Melezhik V.A., Filippov M.M., Romashkin A.E. A giant paleoproterozoic deposit of shungite in NW Russia. // Ore Geology Reviews. 2004. V.24. P.135-154.

17. Филиппов М.М., Медведев П.П., Ромашкин А.Е. О природе шунгитов Южной Карелии. // Литология и полезные ископаемые. 1998. №3. С.323-332.

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

19. Филиппов М.М. Шунгитоносные породы Онежской структуры. Петрозаводск: Карельский НЦ РАН. 2002.

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

22. Морозов С.В., Новоселов К.С., Гейм А.К. Электронный транспорт в графене. // УФН. 2008. Т.178. №7. С.776-780.

23. 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.

24. 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).

25. DeFord D.D. Electroanalysis and coulometric analysis. // Analytical Chemistry. 1960. V.32. №5. P.31R-37R. https://doi.org/10.1021/ac60161a604

26. Kies H.I. Coulometry. // Journal of Electroanalytical Chemistry. 1962. V.4. №5. P.257-286. https://doi.org/10.1016/S0022-0728(62)80068-0

27. Воробьева Л.А. Теория и практика химического анализа почв.М.: ГЕОС. 2006.

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

29. 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.

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

31. Антонец И.В., Голубев Е.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Структурные и электрические свойства графеносодержащего шунгита на основе анализа карт проводимости. // Сборник трудов XXVI Международной конференции «Электромагнитное поле и материалы (фундаментальные физические исследования)». М.: ИНФРА-М. 2018. С.293-302.

32. 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

33. 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

34. 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

35. Ильин В.А., Позняк Э.Г. Основы математического анализа. Честь I. –М.: Наука. 1965.

36. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. – М.: Физматгиз. 1963.

37. Ионкин П.А., Мельников Н.А., Даревский А.И., Кухаркин Е.С. Теоретические основы электротехники. Часть 1. Основы теории цепей. – М.: Высшая школа. 1965.

38. 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.

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

40. Пярнпуу А.А. Программирование на Алголе и Фортране.М.: Наука. 1978.

Для цитирования:

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