Нанотехнологии в физике. Изучение структурных типов углеродных нанотрубок. Битюцкая Л.А - 6 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

6
Анод представляет собой графитовый стержень диаметром ~ 6 мм, диаметр
графитового катода ~ 9 мм. Т .к. в процессе электродугового испарения
происходит распыление анода, то анод длиннее катода . В дуговом разряде
между анодом катодом поддерживается напряжение 20-25 В, постоянный ток
дуги обычно выбирается в диапазоне 50-100 А . При расстоянии между катодом
и анодом 1 мм загорается электрическая дуга с образованием плазмы гелия в
межэлектродной области . Температура плазмы гелия достигает ~ 4000 К . В
результате происходит распыление анодного графитового стержня со
скоростью несколько миллиметров в секунду. Продукты распыления
осаждаются на катоде и на стенках камеры в виде фуллереновой сажи с
нанотрубками. Как показывают наблюдения, выполненные с помощью
сканирующего электронного микроскопа , образующиеся многослойные
нанотрубки длиной до 40 мкм осаждаются на катоде перпендикулярно его
плоской поверхности и собраны в цилиндрические пучки и нити диаметром ~
50 мкм. Эти пучки и нити регулярным образом покрывают поверхность катода ,
образуя сотовую структуру, пространство между пучками заполнено смесью
неупорядоченных наночастиц, также содержащей нанотрубки. В оптимальных
условиях выход нанотрубок из прикатодной сажи достигает 60 %.
1.2. Каталитический метод (CVD – chemical vapor deposition)
Каталитический метод основан на использовании процесса разложения
углеводородов (ацетилена , метана и др.) в присутствии катализаторов.
Катализатор, представляющий собой мелкодисперсный металлический
порошок (Ni, Co, Cu, Fe), заполняет керамический тигель, заключенный в
кварцевую трубку длиной 60 см, внутренним диаметром 4 мм (рис. 2).
Кварцевая трубка помещается в печь, в которой поддерживается температура
700-1000
о
С .
Рис. 2. Установка для получения углеродных нанотрубок методом CVD.
Смесь ацетилена C
2
H
2
и азота N
2
в соотношении 1:10 прокачивается через
трубку в течение нескольких часов. В результате каталитического распада
ацетилена получается несколько типов углеродных структур : аморфный слой
углерода на поверхности катализатора ; нити аморфного углерода ;
металлические частицы, заключенные в оболочку из графитовых слоев и
нанотрубки. Выход нанотрубок зависит от типа катализатора . Например, при
использовании Co он значительно выше, чем при использовании Fe. 
                                      6

       А нод пред ста в л яетсобой гра фитов ый стерж еньд иа метром ~ 6 мм, д иа метр
гра фито в ого ка тод а ~ 9 мм. Т .к. в про цессе эл ектрод угов о го испа рения
происх од ит ра спыл ение а нод а , то а нод д л иннее ка тод а . В д угов ом ра зряд е
меж д у а но д о м ка тод ом по д д ерж ив а ется на пряж ение 20-25 В, по стоянный то к
д уги обычно в ыбира ется в д иа па зоне 50-100 А . П ри ра сстоянии меж д у ка то д ом
и а нод ом 1 мм за гора ется эл ектрическа я д уга с обра зо в а нием пл а змы гел ия в
меж эл ектрод ной обл а сти. Т емпера тура пл а змы гел ия д о стига ет ~ 4000 К . В
резул ьта те происх о д ит ра спыл ение а нод но го гра фито в ого стерж ня со
скоростью        нескол ько мил л иметро в в секунд у. П род укты ра спыл ения
о са ж д а ю тся на ка тод е и на стенка х ка меры в в ид е фул л ерено в ой са ж и с
на нотрубка ми. К а к по ка зыв а ю т на бл ю д ения, в ыпол ненные с помощ ью
ска нирую щ его эл ектронного микроскопа , обра зую щ иеся много сл ойные
на нотрубки д л иной д о 40 мкм оса ж д а ю тся на ка то д е перпенд икул ярно его
пл оской пов ерх ности и собра ны в цил инд рические пучки и нити д иа метро м ~
50 мкм. Э ти пучки и нити регул ярным обра зом покрыв а ю тпо в ерх ностька тод а ,
о бра зуя сото в ую структуру, простра нств о меж д у пучка ми за пол нено смесью
неупо ряд о ченных на ноча стиц, та кж е со д ерж а щ ей на но трубки. В оптима л ьных
усл о в иях в ых од на но трубо к изприка тод ной са ж и д остига ет60 %.


        1.2. К аталитич ес кий метод(CVD – chemical vapor deposition)

       К а та л итический метод осно в а н на испол ьзо в а нии процесса ра зл о ж ения
угл ев о д ород ов (а цетил ена , мета на и д р.) в присутств ии ка та л иза торов .
К а та л иза то р, пред ста в л яю щ ий собой мел код исперсный мета л л ический
порош ок (Ni, Co, Cu, Fe), за пол няет кера мический тигел ь, за кл ю ченный в
кв а рцев ую трубку д л иной 60 см, в нутренним д иа метром 4 мм (рис. 2).
К в а рцев а я трубка помещ а ется в печь, в ко торой под д ерж ив а ется темпера тура
700-1000 о С .




    Рис. 2. Уста но в ка д л я пол учения угл ерод ных на нотрубок метод о м CVD.

С месь а цетил ена C2H2 и а зо та N2 в со отно ш ении 1:10 про ка чив а ется через
трубку в течение нескол ьких ча со в . В резул ьта те ка та л итическо го ра спа д а
а цетил ена пол уча ется нескол ько типов угл ерод ных структур: а морфный сл ой
угл ерод а    на  пов ерх ности ка та л иза тора ; нити а морфного угл ерод а ;
мета л л ические ча стицы, за кл ю ченные в обол очку из гра фитов ых сл о ев и
на нотрубки. Вых од на но трубо к за в исит от типа ка та л иза тора . Н а пример, при
испол ьзов а нии Co он зна чител ьно в ыш е, чем при испол ьзо в а нии Fe.

Страницы