Структурные и фазовые превращения в углеродных наноматериалах, полученных в широком диапазоне давлений (1097883), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Известныразличные способы формирования онионов: вакуумное напыление, отжиг сажи,отжиг наноалмазов, дуговой разряд, облучение сажи электронами, имплантацияионов углерода в металлическую матрицу и взрыв. Структура онионов –уникальна. Она определяет перспективы их применения. Сегодня в литературеупоминаются возможности использования онионов в шарикоподшипниках,наноэлектромагнитных приборах, в качестве емкостей для хранения газа, атакже в биотехнологии.В Главе 2 приведены данные об экспериментальных методиках.Получение нанотрубок и нановолокон, содержащих углерод, бор и азот, вгазостате.
Сконструирован и изготовлен газостат – прибор, позволившийполучать углеродные наноматериалы в условиях высоких газовых давлений.Изменение давления газа (до 90 МПа), состава газа (азот, аргон или их смесь),температуры (до 2200К), катализатора и длительности эксперимента позволилиполучитьширокийструктурныйдиапазоннаноуглеродныхматериалов.Эксперименты в газостате проводили следующим образом. В рабочий объемпомещали графитовый нагреватель.
Затем закачивали под давлением рабочийгаз. Рабочий объем нагревали до нужной температуры (до 2200К). Длительностьпроцесса варьировали от нескольких минут до 4 часов. Углеродный осадоквыделялся в разных местах рабочего объема.11Для термобарической обработки фуллерена С60 использовали камерувысокого давления типа «тороид», позволяющую получать давления до 15 ГПа винтервале температур от комнатной до 2500К. Камера состояла из двухпуансонов. В сферические углубления пуансонов помещаликонтейнер, вцентральной части которого располагалась ячейка высокого давления. Вкачестве передающей давление среды (материала контейнера), обладающейвысокими тепло- и электроизоляционными свойствами, использовали катлинит.Обработка графита в условиях взрыва.
Графитовый стержень помещали встальной контейнер. При взрыве по заряду распространялась детонационнаяволна. Давление в графите составляло 18 ГПа. Температуру в графитевычисляли по энергии ударного сжатия. Верхняя оценка температуры непревышает 1800К.Обработка графита в камере высокого давления типа алмазныхнаковален со сдвигом. Камера состояла из двух алмазных наковален.Сдвиговаядеформациядостигаласьвращениемоднойизнаковаленотносительно другой. Образец помещали в гаскетке между алмазныминаковальнями. При достижении нужного давления образец подвергалисдвиговой деформации посредством вращения одной наковальни относительнодругой.
Диаметр наковальни был равен 1.5 мм; радиус образца не превышал 0.2мм.Приготовлениеобразцовдляэлектронноймикроскопии(ЭМ).Термобарически обработанные образцы С60 и С70 и образцы графита,подвергнутого взрыву, представляли собой столбики размером в несколькомиллиметров. Образцы дробили, и получившийся порошок наносили на меднуюсетку диаметром в 3 мм, покрытую специальной пленкой.Образцы, полученные в алмазных наковальнях, выдавливали из гаскетки напредметное стекло. Далее тонкими иголками их разрывали на мелкие детали вусловиях наблюдения с помощью бинокулярного микроскопа.
В зонурасположения помещали каплю этилового спирта. Частицы всплывали. Теми жеиголочками каплю жидкости направляли на сетку.12Определение взаимной ориентации двух кристаллических фаз методамиЭМ. Взаимная ориентация двух кристаллов может считаться установленной,если известны две параллельные плоскости в двух кристаллах и двапараллельных направления,лежащих в этих плоскостях. Такая записьназывается ориентационным соотношением (ОС). Чтобы определить такоесоотношение,требовалосьнайтиучастокобразца,которыйсодержалодновременно две фазы. Далее были определены индексы рефлексов обеихрешетокисоответствующиеосизонииспользованасовместнаястереографическая проекция двух фаз.
Для нахождения индексов параллельныхплоскостей или направлений в двух кристаллах были использованы матричныеуравнения, элементами которых служили координаты осевых векторов однойрешетки в координатной системе другой решетки.Использование характеристического рентгеновского излучения. Методисследования заключается в том, что падающие на образец электронывозбуждают электроны внутренних оболочек атомов образца.
Вакансия навнутренней оболочке заполняется электроном с более высокого энергетическогоуровня, что приводит к эмиссии характеристического рентгеновского излученияс энергией, равной разности энергий этих двух уровней. Измерение энергиипика излученияиспользовалипозволяло проводить идентификацию элементов. В работеэлектронныймикроскопыJEM-200CXиJEM-2010,оборудованный энергодисперсионной приставкой INCA.Использование спектроскопии характеристических потерь энергииэлектронов. В этом методе анализируется спектр неупруго рассеянныхэлектронов.
Из значений энергии пиков и соотношения их интенсивностейпроводили идентификацию элементов и определяли их содержание. В работеиспользовалиспектрометрхарактеристическихпотерьэнергиитипа«ЭНФИНА». Эта система была установлена на приборе HB-601 STEM(сканирующий просвечивающий электронный микроскоп).13В Главе 3 приведены данные по кристаллогеометрии углеродныхнанотрубок, выращенных на разных катализаторах. Особенности ростаконических углеродных нанотрубок. Углеродные нанотрубки коническогосечения были получены в газостате.
Обычно в литературе рассматриваюттрубки конического сечения как состоящие из набора вложенных друг в другаусеченных конусов.Таблица 1. Полуугол при вершине конуса как функция угла развороташестиугольников в случае свертки и как функция количества пятиугольников.Подчеркнуты углы, полученные экспериментально.Конусы, образованные врезультате свертки, 2 sinКонусы, образованные введениемпятиугольников, Sin =1-P/6() () ()PУгол разворотаПолуугол приПолуугол приКоличествошестиугольников вершине конуса вершине конуса304.78609.599014.4712019.4715024.621803021035.6824041.8127048.5930056.4433066.4436090пятиугольников9.59519.47430341.81256.44114Один из способов образования «крышки» нанотрубки заключается в том, чтов графитовую плоскость в процессе синтеза встраиваются пятиугольники. Связьмежду количеством пятиугольников и полууглом при вершине конуса,образованного графитовыми плоскостями, определяется по формуле: Sin =1–P/6, где P – число пятиугольников.
Нанотрубки конической формы могутобразоваться также в результате свертки. Свертка может образоваться, если непроизойдет соединение концов графитовой плоскости в результате перехлеста.В сечении такая конструкция представляет собой спираль. Связь междуполууглом при вершине конуса и углом , на который развернуты графитовыешестиугольники между собой, описывается формулой: 2 sin. Углы междушестиугольниками должны быть кратны 30 градусам. В таблице 1 приведенывеличины полууглов при вершине конуса, рассчитанные в соответствии с двумямеханизмами.ВпроцессеЭМисследованийбылиэкспериментальнообнаружены следующие углы: 5, 10, 15, 20, 25, 30 и 35 градусов.
Эти углы втаблице подчеркнуты. На рисунке 1а,b) приведены фрагменты коническихуглеродных нанотрубок с полууглами при вершине, равными 5 и 20. На рис.1c) показана схема нанотрубки конического сечения, содержащая одновременнодве разные конструкции: вложенные друг в друга конусы и коническую свертку.Рис.1.
a,b) Фрагменты конических трубок с полууглами при вершине 5и 20; с) схема, иллюстрирующая структуры возможных коническихуглеродных конструкций: вложенные конусы и коническую свертку.Некоторые углы для конусов, образованных двумя способами, совпадают.Коническая трубка с углом , равным 20 (19.47) может соответствовать какконусу, образованному в результате свертки, так и обычному конусу. Однако15угол в 5 (4.78), показанный на рисунке 1а), не может соответствоватьобычномуконусу,атолькоконусу-свертке.Всеэкспериментальнообнаруженные и приведенные в таблице 1 углы, могут соответствовать свертке,тогда как нанотрубки с полууглом при вершине конуса, равным 5, 15, 25 и 35градусам, не могут быть получены в результате внедрения пятиугольников,Таким образом, можно утверждать, что механизм свертки при формированииконических трубок оказывается доказанным, что не исключает и возможностиреализации механизма внедрения пятиугольников в некоторых случаях.Нанотрубки,полученныесиспользованиемникелявкачествекатализатора.
Были получены наноуглеродные материалы на мелких частицахникеля. Температурный интервал выбирали исходя из того, что в интервалетемператур 500–700С образуются каталитические частицы никеля малыхразмеров. Полученный в процессе осадок содержал нановолокна разногоразмера. В большинстве своем частицы содержали никель, но иногдавстречались и частицы Ni3С.Крупные частицы с размерами до долей микрона, оказались ограненными,тогда как мелкие частицы с размерами порядканескольких десятковнанометров, оказались неограненными. Видимо, это связано с разнымивеличинами сил поверхностного натяжения (ПН) для никеля и графита.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
