Лекции по наноматериалам и нанотехнологиям
жүктеу/скачать 12,63 Mb. Pdf көрінісі
|
Nanomateriali i nanotehnologii bak
- Бұл бет үшін навигация:
- 1.2.4. Углеродные нанотрубки
| 1.2.3. Фуллериты
Фуллерены как коллоидные кластеры, проявляют ярко выраженные свойства организации и самоорганизации, которая возможна в жидкой и твердой фазах. При этом возникают структуры с трехмерной организацией. двумерные структуры менее подвержены организации. Одномерные организованные структуры на основе углерода – углеродные нанотрубки хорошо известны и активно исследуются. Фуллериты – полимерные твердотельные структуры образованные на основе фуллеренов. В водном растворе образуются фуллереноподобные мицеллы, сферические агрегаты из звездоподобных иономеров. При формировании твердотельных кристаллических структур фуллеритов из фуллеренов, определяющими параметрами выступают давление и температура. При давлении 1,5 Гпа при комнатной температуре образуются димеры 60 60 C C . См. рис.1.13. Затем при возрастании температуры формируется кристаллическая решетка из димеров. Дальнейший рост температуры приводит к распаду димеров и формированию орторомбической полимерной структуры 60 C O , которая при температуре723 К превращается в полимерную тетрагональную структуру (Т). С увеличением давления при синтезе фуллеритов до 13 ГПа плотность растет до 3.5 г/см 3 ,что сопровождается ростом твердости до300 ГПА =30 * 10 3 кг/мм 3 ,что в два раз превосходит твердость алмаза. 25 Рис. 1.13. Структурные упаковки фуллеренов и фуллеритов для моноклинного димера (1),Фазы O (II), фазы Т (III). [2]. 1.2.4. Углеродные нанотрубки Углеродные нанотрубки (УНТ) обнаружены в 1991 г. Иджимой и представляют собой цилиндрические организованные структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких микрон. Они состоят из одного или нескольких свернутых в трубку графитовых слоев с гексагональной организацией углеродных атомов. Трубки заканчиваются полусферической головкой. образованной из половинки фуллерена. УНТ сочетают в себе свойства нанокластеров и массивного твердого тела и позволяют изменить свойства фуллеренов. Нанотрубки встречаются в шунгите - природном минерале. Свойства УНТ: возможность регулирования электропроводимости путем изменения её структуры; высокая напряженность электронного поля, порождаемая малым нанометровым диаметром нанотрубки по отношению к среднему приложенному напряжению. Полостность нанотрубки может использоваться для адсорбции и как хранилище газообразных или жидких веществ. Существует три основных способа получения УНТ: Электродуговое распыление графита, абляция графита с помощью лазерного или солнечного облучения и каталитическое разложение углерода. 26 1.Получение нанотрубок методом синтеза, основанный на использовании дугового разряда с графитовыми электродами, разработанный Кретчмером для получения фуллеренов из сажи. Дуговой разряд между графитовыми электродами горит в камере с охлаждаемыми стенками при давлении буферного газа(He или Ar) около500 Topp. Межэлектродное пространство поддерживается на постоянном уровне (около1мм) за счет подвижного расходуемого анода. При токе 100 А и напряжении на электродах 25-35 В температура плазмы в межэлектродном пространстве достигает значений 4000 К. За счет конвекции атомы углерода уносятся в более холодную область плазмы, где часть из них образует нанотрубки. Отсутствие катализатора приводит к получению многослойных трубок с внутренним диаметром от 1нм до 3 нм и внешним диаметром от 2 до 25 нм. Применение катализатора, например , , , , Fe Co Ni Cr Pd приводит к образованию однослойных УНТ с диаметром от 0,79 нм. 2. Абляция графита лазерным облучением в атмосфере буферных газа. Применяется неодимовый лазер с длительностью импульса 8 нс и активным пятном на графитовом стержне -1,6 мм. Продукты термического распыления графита уносятся из горячей области вместе с буферным газом и осаждаются на водоохлаждаемой поверхности медного коллектора. Эти продукты включают фуллерены, наночастицы графита и углеродные нанотрубки однослойные и многослойные. Характеристики УНТ чувствительны к параметрам лазерного облучения, что позволяет синтезировать нанотрубки с заданными структурными свойствами. Лазер может быть заменен сфокусированным солнечным светом на нагретую до 1200 о С графитовую мишень. 3. Каталитическое разложение углеводородов Каталитическое разложение углеводородов на поверхности металлического катализатора приводит к эффективному выходу УНТ. Схема синтеза следующая: катализатор состоящий из высокодисперсного металла, заполняет керамический тигель, заключены в трубчатую печь при температуре 700-1000 о С и продувается смесью-газообразного углерода и буферного газа, например смесью 2 2 2 : С Н N в соотношении1:10. Если поры подложки заполнены кластерами металла, совпадающими с размерами пор, тогда диаметр УНТ образующихся на поверхности катализатора становится близким к размеру кластера и соответственно диаметру пор. Таким образом, например, получают ориентированные УНТ относительно поверхности пористого кремния как наиболее употребляемого материала в микроэлектронике. Структура нанотрубок Нанотрубки могут быть однослойными или многослойными. Идеальная однослойная трубка образуется путем сворачивания плоскости графита (графена) состоящую из правильных шестиугольников, в цилиндрическую поверхность без шва, и заканчивается, с двух сторон, полусферами фуллерена, которые кроме шестиугольников включают 5 пятиугольников. Имеются трубки кресельной, зигзаговой и киральной структуры см. рис.1.14. 27 Рис. 1.14. (а) - Кресельная структура углеродной нанотрубки, (б) - зигзагообразная структура, (в) - киральная структура.[1] Кресельная нанотрубку можно сворачивать вокруг вектора жүктеу/скачать 12,63 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|