нанотрубки (Углеродные нанотрубки), страница 15

Обработка с при" цеиецисм топких филь)ров при тсмпсршурс 350 'С позволила снизить содержание примесей в материало до 10 % )8!. Недостаток тсрмогравимстрпчсскаго метода очистки связан с близостью температуры воспламенения однослойных УНТ и соатветствучощсй тсмпсратуры аморфного графита. Показана возможность преимущественного акис;юния частиц углерода с помощью ультрадиспсрсного )алаи (диаметр частиц 20 нч при ацтньшльной концентрации да 0,6 аг %) и кат'ионного повар>пюстцо-активного вещества (бснзалкониу м хлорид при оптимальной концентрации 7 г/л).

Ввсдшшс в сус|юнзшо указанных добавок 7| прн температуре 350...550 'С приводит к резкому уь>еньшеник> количества аморфного графита с сохранением количества УВТ Нагрев до 730 'С сопровождается уменьшением числа жгутов однослойных УНТ н появлением сферических частиц диаметрсц 50 нм. Считают, что роль поверхностно-активного вещества свс.

дится к гомогенизации графитовых частиц, т е. к сужению рас. пределення по размерам [8). Поскольку полученная при синтезе углеводородов смесь содер. жит УНТ разных типов с различной электропроводносгыо, предло. жен метод отделения полупроводпцих нанотрубок от металлических, Д»я разделения пучки УНТ осаждают на кремниевую подложку, пс. крытую оконцом кремьшя. Затем на эти пучки с помощью лнтогра. фической маски напыля>от металлические электроды. Используя подложку как затвор, иа него подают небольшос напряжение сь!Сщения, запирающее полупроводниковые УНТ и превращающее их в июляторы.

Затем между электродами прикладывают высокое ннпряя!ение, создающее большой ток в металлических УНТ„приводящий к их испарению (поскольку нх проводимость не зависит от потенциала затвора). На подложке остаются только полупроводниковые УНТ, То же приыен>я>>О для многослойных УНТ, оболочки которых могут иметь различные электрические свойства из-за различий в структуре.

Послойное разрушение УНТ окислением выполняют на воздухе. Ток в функции времени уменьшается ступенчато через 19 мкА [9, 10[ или 10... 20 мкА [1Ц, Для открытия УНТ при реализации капиллярных эффектов нанотруби4 отжигают при температуре 950 'С в потоке СО> в тече. ние 12 ч. В результате окисления 10 % всех УНТ оказываются открытыми. Использование окислителя (Оз) ускоряет раскрытие УНТ (15 мнн при температуре 750 'С), но сопровождается разрушением зна !ительного нх количества.

Другой метод связан с разрушением закрытых концов у 80 % всех УНТ путем выдержки всей партии в концентрированной азотной кислоте в течение 4,5 ч при температуре 240 'С. Отметим селективность в разрушении крышечек УНТ толы!о в точках нахождения пятиугольников. ПО- латают, что при реакции между незащищенными кра>шш УНТ н азотной кислотой на поверхности формируются карбоксильная ( — СООН) и другие группы, являющиеся барьером для последующей реакции.

Хорошие результаты по раскрытию УНТ получены Ври использовании КМПО4: ОВО4 и ВОО4, однако онн не прсвосхо„„результаты опытов с азотной кислотой [4[, укорочсние УНТ выполнюот, прикладывая напрюкснис электрического тока мсжду УНТ и поВерхностью слюды с напылснным нв ней слоем ннобия. В случае применения УНТ в качсс гас химического зонда укорочснис в кислородной среде обеспечивает образование на конце УНТ кврбоксильной группы [11[. Изменения формы мнОГОслойнои УНТ (наприм> р, при зато ПО сс конца для использОВания В качестве зонда) досГНГают послсдона" сяьныи испарением внешних слоев электрическим током (2„4 В, !70 1>А) При заточке к Одному кОнкУ' УНТ подсосдиня!От золотой электрод, а к противоположному концу — <!эла!трод заточки», в „ачестве которого используют более толстую У1-ГГ или подложку [10[ для испарения внешних слоев У1-П' без пол>юго сс разрушения сопротивление УНТ нс должно превышать 10 кОм.

Заастрс>п>с односло!п!Ых УНТ удобнее выполнять. пока оии находятся в я!гутах Лиаыстроы 10 им, которые обычно солсряпп до 100 папотр1бок [11[, 4. МЕХАНИЗМ РОСТА УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК Механизм формировашш и роса числа слоев УНТ. Включая дсйс>вяе ка!Влпзатора, до сих пор пс яссп [4, '>[ Предложено несколько и!Встаз образования одно- и многослойиь!х У1-!Т [3 5 4 !э[ разли~пп> в мокши!змах нызВаиы чсловпями Об!шзонщп>я УНТ: в дуговом разряде и!ш осаждапкм пн под;>о>ккс. Наличием и:ш отсутствием ката:ппатора, а также Видом зародьпиа и его ролью для образовашш и рос!а панотрубок.

Полнга>от. что спиральная сгрукгура с повторя!оп!имея шагом прсдпо питс:>ьисс для 1юстн шральиых УНТ Это похоже на провала!Ис вшповой дис:юкацпи яа понерююсти кристалла Кресс:и иьк и зигзагооб>разпыс У1ГГ ис сблаав>ат такой структурой. По>тоыэ лля роста кшкдого нового витка они нул!дшотся н понп>риом заро>хлопни нового кольца шестиугольников [4 [. Подобие элема!гон строения фу!псрснон и У11Т псцно:ппо прсдполохапь. что их основу сосгнвлнип ол;кльиьк фрагмагпн графитовьж листков, состошцпс из набора шести- и пязиз гольипков [3 — 5). Сущссгвус!' миашс [ ! 3 [, ПО пр>1 лз гоном рвзря;к и рс!5ль- те о кига из нанокристаллов графита или вязкого амоРфного кластера образуются аболочечные наночастицы с полостью в центре и без нее (рис.

2 !). Так как кластер выступает над поверхностью алек! рода, локальное поле дугового разряда возле него велико Поэтому ионы, кластерные ионы, атомы и микрокластеры как индуцироваиные днполи притягиваются неоднородным полем дуги на кластер, что приводит к его росту. Одновременный рост слоев УНТ энерге. тически выгоден. Поскольку наведенные дипол»» В нсаднарадиом палс притягиваются не иа боковую поверхность„ а на конец УНГ вызывал ее рост в направлении элоктрического поля.

Полагают, что зародышами роста однослойных УНТ являются фуллерены, а роста многослойных УНТ вЂ” наночастицы !'13). Обычно УНТ, полученные при дуговом разряде или осаждением пара иа подложку, растут связками. Это объясняют близким расположением зародышей УНТ или их свободным движением вдоль поверхности подла>кки с образованием островков пленки 1131.

Однако при дуговом разряде УНТ нс находят в саже на стенках каморы, несмотря на наличие в ней графитовых листовых фрагментов. Поэтому согласно первому подходу счита»ат. что в слое углеродного пара около катодной поверхности существу»от две группы углеродных истиц с разным распределением по скоростям. В одной группе '!астицы изотропно распределены по скоростям, что соответствует температуре дуги 4000 К Другая группа состоит из ионов, образующих поток, скорость движения „с" с с ь', '$ '(вб ( И(' ,» Рис.

21. Схема образования УНТ с оболочечиой структурой на поверхности электрода В дуговом разряде 1 ,,,"М. ,( ф~ араго в щели между анодом и катодом больше скорости тепловых част!Пв В начале разрядного процесса распределение частиц па скоротям углерода в слое пара изотропнос и формируются наночастн„„! Когда ток станОВится направлсниык». Ивчиншат формироваться продьиш! Роста УНТ При стабил!»зац»!и разряда поток )тлерадиых ионов прони!»ВОТ в паровой слой перпендикулярно повсрхнотн „атода и способствует удлинсншо одно- и многослойных УНТ.

а конденсация на катодной поверхности тепловых частиц угл«рода парового слоя способствует утолщению стенки У1-ГГ. В этой стадии процесса роста УНТ поток ионов преобладает над потоком тепловых частиц. При возникновении нестабильности в дутовом разряде (ат иеустайчивага дви)к«ния катадиага ~ят~а па ката„»най поверхности или ат спонтанного прерывания и поджога дуги) потек тепловых частиц с изотропным распределением скоростей будет преобладать над по~оком ионов, и конденсация такого углерода прнведст к закрь»вани)а У)"П крышсчкаи, Согласно другому подходу. Па рост УНТ влияют ис электрическое поле и дуга, а быстрый нагрев до высокой температуры материала, аса)кдс)и»ага нп като;! Ва время горшиш.(»уги. Нв »шчальном з»ппе дугового испарения фул:юрсиообрпзиая сажа конда»сирустся на кптодс, а затеи, в отличи«от спжи ип стенках камеры.

подвергается воздейстВШО пь»саю1х темпера>уй( Отжигпстш» и прсоб" разуется в УНТ. Г!Роз!Оп>каше дугового процесса приводит к формированию однослойных, в зптшч многослойных УНТ. Оссвп»ая на стенках камеры сажа нс отжигасгся и и«трансформируется в УНТ, Водяное охлаждшш«казала и прокачивпии«через камеру гелия способствуют падению температуры до зипчшиш. при котораи рост УНТ можае проис.»о;ипь без ишакоп ииш, Отметим.

что угперадныс пленки при дуговоч мсгодс формируются в ваку умс в УНТ вЂ” в атмосфере гс:шя )4). Предложены с!!Сз!у)о»лис чола:ш образов!Пи»я многослойных УНТ: паслсдовппльного раста сворачивания листка грпфитп. одиовремеииого роста слоев !13) и,пюлглшциоиипя 112) Согласно первой модели, кпждьш слс;!ующий с:юй ОС)р!г»1«»ся п рсз)ль>атс пдсарбции углерода ип иовсрююсгь прслыд) июго слон. и ва!чожность последовательно» о роста слоя от оаи>вши»я У1!Т. ко!армм Оип лрикрспл«нп к иад:пя»кс, к «с каи»п чажгл Оыть 10)скрпи1шш 7б 77 до образования крышечки.

Однако при моделировании установлено, что процесс адсорбции атомов и микрокластеров на поверх. ность наиочастицы или нанотрубки возможен при температур~ меньше 200 К, которой недостаточно для перестройки аморфно!с углерода в графитовые слои. Для такой перестройки необходиип температура 2500 К. Кроме того, эксперименты показывают, чтп внешнис слои УНТ чаще всего закрыты крьписчками (!3), Модель сворачивания УНТ из протюкениого графитового лис).