нанотрубки (Углеродные нанотрубки), страница 9

Слабая эмиссия с повсрлиюсти пленок с высокой плотностью нанотрубок объясняется электростатическим эффектом экранировання соседних эмнтгсров. в силу которого напряженность поли вблизи крышечек близко расположенных УНТ пижс, чем далеко расположенных !8 !. !В-е !0 е я. 1О-! 10-44 !Внв в !О 12 14 1б 1В 20 Ненряненне, 10' В 10- 10-! 2 10" !О е !а-' и !г !4 гб 1в 20 гг ге Няяряненне, !О! В Рис, 13. ВАХ однослойной УНТ (с!!я!Леле!!! ялтгл). Пулктнрсы Отмечены: а — зависимость (71; 6 — зависнчость при шшлчлл адсорбата иа ловсрхности УНТ При малых напргокшмшх ВАХ индивидуальной однослойной УНТ согласуется с зависимостью (7), С ростом напряжа!ия свыше 1000 В измеряемый ток достигает насыщения и существенно отли- чается от значения, соответствующего (7).

При К = 1б00...1800 В Отли~4ие составляет 2 — 3 порядка (рис. 13, а). Установлено, что основной механизм насыщения тока эмиссии при температуре ниже 700 К связан с наличием иа эмитгирующей поверхности адсорбированных атомов прил!есей, Это вызывает увеличение тока эмиссии на два порядка. Тщательная очистка поверхности УНТ путем нагрева в вакууме до 900 К способствует снижению тока эмиссии на два порядка (с 2 мкА до 0,02 мкА), подавлению его флуктуаций и устранению эффекта насыщения тока, который описывается зависимостью (7) вплоть до значений 2 мкА (рис. 13, б).

Поскольку эксперименты по изучению АЭ проводили в вакуумной установке, оснащенной люминесцентным экраном пр!и напряжении между катодом и экраном К=- 3000 В„при охлаждении катода до 300 К ток восстанавливался до прел!него значения в течение нескольких десятков секунд. Это связано с остаточным давлением в вакубеиной камере на уровне 0„133 (0,1...1,0) мкПа, создаваемым Н20, СО и СОг, источником которых служит экран. Ток эмиссии однослойных УНТ с адсорбироваиными газами характеризуется высоким уровнем низкочастотных шумов (флуктуаций), который экспонснциально 1гастет (в 20 раз) с увеличением температуры в интервале 300...700 К.

При температуре свыше 900 К, когда адсорбаты удалены, уровень шумов нияее соответствующего значения при 300 К !8). Заполнение однослойных УНТ щслочными металлами (К и Ь!) при соотношении для калия и углерода К/С = 0,14 привело к снижению 4р от 4,7 до 3.3 зВ и повышению эмиссионных характеристик УНТ в результате смещения уровня Ферми 14), Погружение У1-!Т в полимер улучшает их эмиссионныс характеристики, Однако для однослойных и многослойных УНТ получены рвали~!Ные результаты. На холодном катоде, изготовленном нз композиционного материала на основе поли(3-октилтиофеиа) с добавлением Однослойных УНТ, при меяеэлектродном расстоянии 80 ыкл! электронная эмиссия наблюдалась при напряжаяности электрического поля свыше 2,2 ВЪкы, а п(!и напргокснности поля 4 В/мкм ток эмиссии достигал Об МА/см .

Покрытие композита пленкой из УНТ понизило пороговое значение напргнкснности поля до 0,8 В/мкм. Коэффициент усиления электрического поля для катода из композиционного материала равен 700..!580, причем максимальное значение соответствует катоду с покрытием. Столь большое усиление связывают помимо влияния аспектного отношения УНТ с эффектом образования переходной области на границе мея<ду полимером и УНТ. На катоде, изготовленном из пленки композиционного материала толщиной 80 нм на основе полимера пали(тфинилен/винилен-са-2,5-диоктиокси-р-фенилен/винилен) с добавлением многослойных УНТ диаметром 20 нм и длиной 1 мкм, пороговое значение напряженности электрического паля сии>кается ат 14,5 до 8,4 В/мкм при увеличении содержания УНТ в полимере ат 0,44 да 7 мас.

долей, %. Ток эмиссии составлял 1О нА, расстояние между электродами !ОО мкм. С увеличением содержания УНТ отмечен слабый рост коэффициента усиления в пределах 330...390, В отличие ат ВАХ катодов, материал которых содержит однослойные УНТ, ВАХ катодов из материала с многослойными УНТ хороша соответствуют зависимости Фаулера — Нордгсйма 1111, Нанотрубки — источник термаэлектранной эмиссии, Ее вклад заметен при температуре поверхности пленки более 473 К и преобладает при 723 К 12$ 2./.4 Мигггитггые слг>йстии Нанотрубки и я<гуты нанотрубок имеют большую отрицательную магнитную восприимчивость ~2 = М/Н, где М вЂ” намагниченность материала: Π— напряженность магнитного поля), растущую с падением температуры в интервале 4... 300 К (рис.

14). Это указывает на диамагнитныс свойства УНТ 12, 4"1. Существует мнение, что диаьшгнетизм нанотрубок обусловлен протеканием электронных токов по окружности 12]. Влюсте с тем полагают, что если длина волны электрона не укладывается целое число раз >ш длине окружности трубки, то волна интерферирует сама с собой с погашением. Это ограничивает числа состояний электронов, необходимых для протекания кругового тока.

Доминирующим направлением проводимости остается направление параллельно трубке, что функционально делает УНТ одномерной проволокой ( <>). Другис формы )тлерода, включая фуллерен Ссс, алмаз. активированный уголь и пиролитический графит, в указанном интервале температур также имеют отрицательную практически постоянную магнитную восприимчивость, но много меньшую, чем у УНТ. Отметим, что магнитная восприимчивость фуллерена близка к нулю. в!0~ ыъкг -зоО 0 >ос т к зоо Рпс, 14. Температурные зависимости магнатнав восприимчивости различных фарм углерода; ! — фуллсрсн С„с, 2 — влив>; 3 — акал>лрсвг«нный уголь, 4 — >гьгсс><сорил>г<ирсвслпый лирстсюмчсския грсфиг; 5 — УНТ Отмечена независимость 2 от ориентации образца-я<тута, что связана с его неупорядоченной структурой, На «кгутах и строго ориентированных УНТ экспериментально установлено, что магнитная восприимчивость при перпендикулярном магнитном палс меньше, чем при параллельном.

Аннзотрапия магнитной восприимчивости увеличивается с падением температуры 14). 2.2. Механические свойства Углеродные нанатрубки обладают очень высокими механической прочностью и жесткостью. Обстоятельный анализ механических характеристик УНТ как конструкционнаго элемента в виде тонкой однослойной цплиндричсской оболочки проведен в работс 1111. Рассмотрены тиль> деформации: осевос растюкение-сжатис, включая осевое сжатие с потерев устойчивости да образования «гармошки», радиальное сжатие, симметричный и несимметричный поперечный изгиб (рис.

15, а — в). Рис, 15. Виды деформаций УНТ: а — осевое распаковке; б — осевое сжатие; и — симметричный зп1тй; г — ра)взаяьвое сжатие: д — несимметричный изгиб, е — сжатие с лотерей устой ввзосгв и образованием агармониоы Определить механические характеристики УНТ мохсно на основе двух подходов. Тсорстичсскнй подход учитывает реальное располохозние атомов углерода на цилиндрической поверхности нанотрубки и потенциал взаимодействия этих атомов, При эмпирическом подходе поверхность УНТ заменяют сплошной оболочкой. Вс характеристики определяют по результатам измерений или последовательных расчетов !! Ц.

Согласно результатам расчетов, при первом подходс для УНТ различной хиральности диаметролз О,бо...27,0 нм одни исследователи получили, что модуль Юнга Е = 0,971...0,975 ТПа; другие выявили завышснныс на 30 % значения Е; модуль сдвига О = = 0,436 .0,478 ТПа: коэффициент Пуассона, характеризующий соотношение поперечной и продольной деформации, у = 0,277.„ 0 290 (для сравнения: у графита вдоль гсксагональной плоскости и у алмаза вдоль кубгшеской оси соответственно Е = 1,02 и 1,063 ТПа„ П = 0 4 ) и 0 5758 ТПа; г = 0,16 и 0,10415). В обоих случаях значеиис Е практически нс зависит от диаметра УНТ и сс хиральности, Значения модуля Юнга, получонные с помощью различных методов измерения, на образцах одно- и многослойных УНТ диаметром 3,2„,76 нм, изготовленных различными способами, были равны 0,027...

3,5 ТПа, модуль сдвига составил 6 = 0,41 + 0,36 ТПа (определен на однослойной УНТ диаметром 0,97 нм). Большие различия в значениях модуля сдвига, по мнению авторов рабаты !11), связаны со структурнымн дефектами, возникающими при производстве УНТ, а также с невозможностью точного определения диаметра УНТ Интересна схема определения модуля 10нга Еа, названного кажущимся нз-за отсутствия учета искахссния структуры УНТ при изгибс. В схеме применен паноманипулятор (рис. !6), Манипулятор содержит стационарный элемент и подвижный элемент, который управляет пьезодатчиком.

На конце подвизкного элемента закреплена консоль, псрсдшощая дофорлшрующу)а силу на УНТ. Жесткость консоли 0,03 )-!/вь Псрсмсщснио кончика иглы консоли оцснивалн с помощью хюктронпого микроскопа с знсргнсй пучка электронов 200 кзВ. Изготовленные разными способами многослойныс УНТ фнксировалн на алюмнннсвой проволоке, прикрепленной к стационарному хюмснту серебряной пастой.