101 вопрос о нанотехнологиях. Нагорнов Ю.С. - 37 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГУ | Тольятти

Составители: 

Рубрика: 

37
Вопрос 38. Как получают углеродные нанотрубки и родственные
материалы?
Со дня открытия углеродных нанотрубок (УНТ) Ишимой в 1991 году разработано
множество методов их выращивания, которые можно классифицировать по двум
основным направлениям: высокотемпературному и среднетемпературному.
Высокотемпературный метод основан на испарении графита тем или иным способом,
например лазером или дуговым разрядом. Среднетемпературные методы – это методы
химических транспортных реакций.
При высокотемпературных методах получения графит испаряется при
температурах выше температуры возгонки (3200
о
C). Высокотемпературные методы
разделяются на две основные группы: дуговой разряд между графитовыми электродами и
испарение импульсным лазером.
На рис.22 приведена схема выращивания УНТ в дуговом разряде. При дуговом
разряде один из графитовых электродов (анод) содержит частицы катализаторов, а
именно Fe, Ni, Co или редкоземельные элементы. Реактор дугового разряда состоит из
цилиндра диаметром 30 см и длиной порядка 1 м. Из реактора предварительно
откачивается воздух, а потом объем заполняется рабочим инертным газом. Поджигается
дуговой разряд с током более 60 А.
УНТ можно получать, испаряя графитовый электрод с катализатором лучом лазера в
потоке инертного газа (рис.22). При этом УНТ осаждаются на медный, охлаждаемый
водой, электрод. Метод химических транспортных реакций заключается в осаждении
УНТ при пиролизе углеводорода, например ацетилена, в присутствии катализатора. В
этом случае температура выращивания трубок составляет 700-900
о
С.
Температура роста и вещество катализатора влияют на свойства трубок. На рис. 23
приведены сделанные электронным микроскопом снимки УНТ, выращенных при двух
температурах.
Вопрос 39. Каков механизм роста углеродных нанотрубок?
Считается, что нанотрубки открыты в течение всего процесса роста, и атомы углерода
присоединяются к открытому концу (рис.24). Последовательное присоединение димеров
C2 (два атома углерода) приводит к непрерывному росту нанотрубок. Иногда требуются
37анотехн C3 (три атома углерода), чтобы добавлять шестиугольники и не формировать
пятиугольники. Введение пятиугольников приводит к искривлению, которое закрыло бы
нанотрубку и закончило бы рост. Появление семиугольника приводит к изменениям в
размере трубки и её ориентации в пространстве. Таким образом, введение пар
«пятиугольник-семиугольник» может разнообразить структуры трубок, что очень часто
наблюдается экспериментально. Последние научные результаты показывают, что УНТ
растет из капли катализатора, в качестве которого выступает металл подгруппы железа.
Фуллерены выращиваются аналогичными методами.

Страницы