Промышленные технологии и инновации. Оборудование для наноиндустрии и технология его изготовления. Ткачев А.Г - 12 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Рис. 7. Схема аппарата для производства УНТ способом лазерной абляции:
1
– инертный газ;
2
– печь;
3
– охлаждаемый медный коллектор;
4
– охлаждающая вода;
5
– графитовая мишень
Импульсный или непрерывный лазер использовался, чтобы испарить графитовую мишень в разогретой до 1200°C печи.
Камера в печи была заполнена гелием или аргоном с давлением в пределах 500 торр. В ходе испарения формировалось очень
горячее облако пара, которое затем растягивалось и быстро охлаждалось. Молекулы и атомы углерода конденсировались,
формируя большие молекулы, включая фуллерены. Катализаторы также начинали конденсироваться, но более медленно, и,
присоединяясь к углеродным молекулам, предотвращали их закрытие. Из этих начальных скоплений молекул углерода
образовывались УНТ, пока частицы катализатора не становились слишком большими или пока не охлаждались достаточно,
чтобы углерод больше не мог диффундировать сквозь или по поверхности частиц катализатора. Также возможно то, что
частицы катализатора покрывались слоем аморфного углерода и не могли больше адсорбировать его, и рост УНТ
останавливался.
В случае чистых графитовых электродов ведётся синтез МУНТ, но и однородные ОУНТ синтезируются при
использовании смеси графита с Co, Ni, Fe. Лазерное испарение приводит к более высокой производительности при синтезе
ОУНТ, и нанотрубки имеют лучшие свойства и более узкое распределение по размерам, чем ОУНТ, произведённые при
дуговом разряде.
В рассматриваемом методе по сравнению с дуговым число параметров, определяющих производительность и морфологию
УНТ, гораздо меньше. Поэтому перспектива этого способа синтеза УНТ как объекта промышленного применения
представляется более реальной. Вместе с тем следует отметить, что реализация лазерного синтеза предусматривает
использование очень дорогого и сложного в эксплуатации оборудования, требует большого количества затрачиваемой энергии.
Образование углеродного пара происходит при 3000°С из твёрдой фазы (мишени) в сильно неравновесном состоянии.
Сформированные таким образом нанотрубки смешаны с материалом мишени, что делает затруднительной очистку и,
следовательно, практическое использование полученного материала.
С и н т е з У Н М и з у г л е р о д с о д е р ж а щ и х г а з о в . По исходному сырью можно выделить две группы
процессов, первая из которых включает диспропорционирование СО, вторая – пиролиз углеводородов.
Работы Р. Смолли положили начало созданию процесса HiPСО (The High pressure CO) – методики для каталитического
производства ОНТ в непрерывном потоке CO (исходное сырье) с использованием Fe(CO)
5
в качестве железосодержащего
катализатора. Нанотрубки получают, пропуская CО, смешанный с Fe(CO)
5
, сквозь нагретый реактор. Схема реактора для
проведения процесса HiPCO показана на рис. 8.
Этим методом были произведены нанотрубки диаметром всего 0,7 нм, которые, как предполагается, имеют наименьшие
размеры достижимых химически устойчивых ОНТ. Средний диаметр полученных ОНТ в процессе HiPCO составляет
приблизительно 1,1 нм.
Рис. 8. Схема процесса HiPCO
Вторая группа процессов синтеза (пиролиз) из углесодержащих газов включает гораздо больше вариантов. Пиролизу в
принципе могут подвергаться любые углеродсодержащие вещества.
1
2
3
4
5
Печь
Горячий СО
Охлаждающая
вода
Холодный
СО + Fe(CO)
5

Страницы