Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2025, № 11 · ELECTRODYNAMICS

Application of resistive net method for investigating of graphene containing shungite conductivity by data of electric-forced microscopy method

I.V. Antonets1, E.A. Golubev2, V.I. Shcheglov3

1 Syktyvkar State University, Syktyvkar, Russia
2 Geology Institute Komy SC UrD RAS, Syktyvkar, Russia
3 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2025.11.41 UDC 537.874 EDN LCZMWS

Abstract

The possibility of application resistive net method for analysis of graphene containing shungite resistance by data of electric-forced microscopy method is investigated. It is noted the task of shungite application for microwave radiation screen creating. It is described the example of carbon concentration content card by electric-forced microscopy method and its binomial discretization is carried out. It is described the scheme of resistive net construction on the basis of discreted card. It is carried out the rolling up procedure as a result of its the net is transformed into single resistor with nominal equal to resistance of whole net. It is described the scheme of receiving partial cards by cutting single card to four parts. It is found the dependencies of partial cards resistance from the quartz cell resistance. It is found two classes of these dependencies: increasing with saturation and increasing linear. It is found the “through channel” existence which is consisted of continuous chain from carbon cells. It is found that the increasing with saturation is dependents from existence the through channel on the partial card. It is found that when through channel is absent the dependence of card resistance from quartz cell resistance is increasing linear. It is carried out the normalization of different samples resistive nets from the conductivity measured by contact method. It is found the normalization coefficient which allows to receive the conductivity value in accuracy for 25 %. It is investigated the influence of sample nonuniformity to carrying measuring. It is proposed some recommendations for further development of investigations.

  • graphene containing shungite
  • electric-forced microscopy
  • resistive net
Аннотация (на русском)

Применение метода резистивной сетки для определения проводимости графеносодержащего шунгита по данным электросиловой микроскопии

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.

For citation

Antonets I.V., Golubev E.A., Shcheglov V.I. Application of resistive net method for investigating of graphene containing shungite conductivity by data of electric-forced microscopy method // Journal of Radio Electronics. – 2025. – No. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.11.41

References

  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.