нанотрубки (Углеродные нанотрубки), страница 14

появление наноструктур. включая У1-!Т„наблюдалп только в зоне соединения Б!>СоБ>т пратюкснностью 500 нм, На поверхностях Б! и СоБН наностру>ггл ры ото)тствовали (8!. По другой тсхнолопш в качестве катализатора прнмщгяли смесь ксплола и фсрроцсна (СяНн>(Гс(С>1-!л) ), а на подложке абра>скывала слой оксида, в ~а~ее~~~ ко~араго размещали катализатор Нанотрубки вырастали высотой до !... 2 мм при скорости роста 10 л>кл>/мин (1О(, Для пол» юния горизо>пально направлшшых УНТ испо>>ьз) ют подлсятки с глупова Г)рот(>валс>и!ыми к()валками, 1>аздслспными волосками Б!О (10!. Возмо>класть управления геометрическими характеристиками УНТ при р«зложс>н»! )тлсводародав оценивали па (юзультатам применения в качестве ката.шзатаров сочетаний переходных металлов Со, Ъ', Мо, Гс и подло>кш! из цсолита )л)аУ (криагалли юский снлвкат с порами определенных размеров и формы) и кор) ила А( О (8).

Катализаторы наносили на подложки в виде 5%-ного раствора солей! металлов. Условия сшпсза УНТ; обдувка подложки в тсчсшю 1 ч в кварцевой трубке при температуре 700 "С смесью ацетилена и азота (1:10) при расходе 330 л>>>сии! Количественно роз)льгат определяли по процентному отношению выхода многослойных У! П в осадке к массс катализатора. Данные табл. 1 указывают па возможность си>поза многослойных УНТ с желаемым распрсдслглшсм по диамсграм 1(аи:Очшсс качссг- во УНТ получено при использовании смеси Со — Мо, а наибольшее их количество — при использовании смесей Со- Ч и Со — ге.

Масс вый состав биметаллического катализатора Со: Х = 2,5:2„5. Таб)«!««!О / Актуальной задачей производства УНТ в граммовых количсст вах является снижение себестанмости (в 2003 г. цена грамма составляла 500 долл. США) и увеличение их длины. Согласно инфор. мации 2002 г., нити из упорядоченных одностенных УНТ миллиметровой толщины и длиной в десятки сантиметров г«Случаи)т с помощью каталитического осюкдения из пара пиролизом нгексана.

Раствор н-гексана с добавками ферроцсна (0„018 г/мл) и тиофена (0,4 мас, долей, %) с расходом 0,5 мл/мин подают в вертикальный реактор, нагретый до температуры пирализа н-гсксана (1423 К), Газом-носителем является водород, его расход — 250 мл/мин. Добавление тиофена необходимо для непрерывного формирования только одностениых УНТ с выходом 0,5 г/ч, в противном случае происходит синтез многослойных УНТ. Нанотрубки получаются металлическими и полупроводниковыми диаметром преимущественно 1,1...1,7 нм и самопроизвольна собирщотся в нити. Из-за дефектов структурь! Нх модуль 10нга на порядок меньше, чем у одностснных УНТ (! О).

3.2. Методы очистки, разделения и изменения формы наиотрубок При всех методах получения УНТ продукт тсрмахпмичсского преобразования графита наряду с наиотрубками содср)кит частицы графита либо аморфного углерода наномстровых размеров. а в случае использоВания катализатороВ частицы мсталла (Обычна в многослойной графитовой оболочке). 70 для повышения содержания УНТ сочетают механические методы в виде фильтрования, обработки ультразвуком, центрифугир алания с химическими и термохиьшчсскими методами (базнющимися на применении кислот. перекиси водорода и др,, а аюке на нагреве в присутствии кислорода). Эффективность процедур Очистки заВнсит От мстода палучсния углсрадной структуры Поскольку химическая стабильность УНТ, не иыс«ащих свободных сВЯзсй значитсльно преВыпист стабильность частиц графита и металла, В результата О'«натки содерв«ание примссных частиц сущсстВенна умсньшастсЯ, и прн благапр««ятных услоВиЯх удается получить материал, состоящий пз практически чистых УНТ 18).

Методы очистки однослойных и многослойных УНТ несколько различаются. Это связано с наличием моталличсских частиц, иногда покрытых углеродам. которые присутствуют в саже, садер)кащей аднОслойные УНТ, ДЯЯ удалснш! мстапл«шсских частиц применяют различные методы их окпслсния )4) При получении УНТ обоих видов для удалания графитовых частиц и аморфного углерода размером порядка 1О... 100 нм необработанную сажу длитсльно промыл«лют (например, в течение 12 ч) дистиллированной водой пли ь«ига««олаы, затем полученную суспензню фильтруют и:ш подвергают цснтрофугправвнию и длительной сушка.

Взаиы!)дсйствпс графитовых оболочек с молекуламн воды приводит к разрыву связи иаиотрубок друг с другам, а также с частицами аморфного углерода и металлов (8), Крупныс частицы саж«! пр«!.Н«па«от к стш«квм цшпрнфуги, «! УНТ оста«атея плавающими в суспснзип. Для интенснфикаш«» процессов абрааопб везуч с пр««ьюнснисм ультразвука. Напр««ь«ср. Нримснсш«с ультр«г«вука при филь)рви«п! суспснзни обеспс шла возможность очистки до ! 50 мг сажи в тсчсвне 3...6 ч с получением материала, содсржшцсго более 90 % однослойных УНТ [4). При приготовлении смспснзии добавляют поверхностно-акгивныс вещества. Фуллерены вымывают толуолом. Для растворения металлических частиц оставшуюся саку промывают в кислоте, например азотной, смеси серной и соляной кисло) вли смеси серной кислоты и пероксида Водоро,«а Описанным абраюи нз катоднога остатка полу чаны мно! ослойпыс УГРГ диаметрам 20 Вм и длиной ! О ««кы.

Отметим. Что промывка в кпс)нпс св«гзвна не только с желаемым окислением н удалением наночастнц, но ц, вынужденным окислением и потерей части УНТ !4, 81 Для уменьшения потерь при очистке многослойных УНТ прц. меняют метод, включающий ннтеркалирование катодной савш различнымн материалами, в частности медью или бромам. Няц .

частицы и графитовые остатки имеют относительно открытуж структуру и более заметно интсркалируются, чсм закрытые крь, ше~)ками нйнотру бки. Катадн)'ю сажу Внй~)ало интеркйлирук)т хла. ридом моди при температуре 400 'С в тсченио недели, а затем пс. мешают в металлическую медь, выдерживая в гслий-водородцсц смеси прн температурс 500 'С в течение 1 ч.

Медь использу|ат как катализатор окисления, Далсс обработанный материал о)п|сляют в горячем воздухе, получая образцы катодной сажи, почти полис* стью состоящей из УНТ )4). В отличие от фуллеренов УНТ нс растворяются в органических жидкостях. Это затрудняет использование для очистки и разделения УНТ методов жидкостной хроматографии (раздслсние вещества на неподвижную фазу — сорбент с раза)(той поверхностью, через который фильтруется поток подви>кной фазы — жидкости).

Для УНТ, полученных электродуговым методом и лазерной абляцией, успашно применяют размерную хроыатогра(!)Н!а, Эта тсхвс" лагш) широко использовалась для разделения биологических мак. ромолскул 14). Она предусматривает прапусканис суспензцц, содержащей нанотрубкн, чсрсз пористый материал, в частнастц пористое стекло, со средним размером пор 140 нм в первой колацкс и 300 нм — ВО Второй. ПсрВЙ51 колонка прадназ!!а')алась для удаления большинства мелких частиц и фуллсрснав. Суспензия приготовлялась на база 1%-ного водного раствора дадсцилсульфата натрия (ДСН) и перед хроматографисй в тсчснис 5 мин подвергалась ультразвуковой обработке.

Материал, содсржащин многослойныа УНТ. последовательно очищали в двух колонках со скоростью соотвстствснно 9 я 5 мл/мин. Материал, содсрц(аший однослойные УНТ, очищали только во второй колонке. Получено восемь фракции с разным составом и длиной УНТ и сопутствующих элементов.

Так, средняя длина однослойных УНТ в третьей фракции составляла 1 мкм, в пятой — 0,6 м)ы. Длина многослойных УНТ в седьмой и восьмой фракциях была равна О,! мкм. Последующее разделение УНТ ц 72 п~ гстцуюших элементов внутри фракций выполняли центрофуцраввнисм. Очищенный маториал содержал до 50 % однослойных уНТ частично изолированных нли собранных в жгуты (8], Для хроматографии помимо пористого стекла в качестве стационарной фазы приысняют полийкрилат !Шл)ш, залитый дистиллированной Водой.

При наличии ВакууынОЙ Откй1ки полимерные „астццы сжимаются подобно губка до тсх пор, пока нс прскра!Пася зкстракция (извлсчсние) УНТ. Однослойные УНТ продвига)отся в пространстве между полимерными частицами н выделяются кяк первая фракция с выходом УНТ около 40 %. Оставшийся материал извлекают на последую!цих стадиях с более низким выходом, Пабочныа продукты остшотся в основном внутри стациоцарцсй фазы )8!. Однц из эффскгивных мстодов очистки УНТ, называемый иногда терм(в.рявнметрическим, основан на нвгравс мжгсрияла, содержащего УНТ, в присутствии |О|спорола либо воздуха.

Он позволяет практически полностыа избав|пься от мсгалличсских частиц, тсмпсратура окисления которых существенно ни>ко саотвстствующсго значения для УгГГ ПРН этом Удйлвстс51 цшч|псл!нац часть ыслкадиспсйснаго аморфного углерода, который вслсдствпс нйли пи свободных связей горазда большс поднар>кон окислсшпа, чсч УНТ (8), Прц очистке однослойных УН"Г, полученных в дуговом разряде с использованном катализатора в вида смеси никеля с итгрием цлц кальцием, получены температурные зависимости скорости потери массы образца, 3ависшюсти имшат чстырс пика, приписыввсмыс ыаксиыуь!у скорости Ркислсни51 !1Мар(!)НОГО графита (381 'С), однослойных УНТ (47! "С). фуллеренов (568 'С) и частиц )'глсрода нанамстравых ра:!Чсрац (635 'С).