Структурные превращения в металлических частицах катализаторов в различных процессах синтеза углеродных нанотрубок (1104921)
Текст из файла
На правах рукописиКОРНЕЕВА Юлия ВикторовнаСТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦАХКАТАЛИЗАТОРОВ В РАЗЛИЧНЫХ ПРОЦЕССАХ СИНТЕЗАУГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКСпециальность 01.04.07 – физика конденсированного состояния01.04.17 – химическая физика, в том числе физика горения и взрываАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква - 2008Работа выполнена на кафедре физики твердого тела физического факультетаМосковского государственного университета им. М.В.
ЛомоносоваНаучныйруководительдоктор физикоматематических наук,главный научный сотрудникНовакова Алла АндреевнаОфициальныеоппоненты:доктор физикоматематических наук,профессорНикитин СергейАлександровичдоктор химических наук,профессорРочев Валерий ЯковлевичВедущая организацияИнститут проблемхимической физики РАНг. ЧерноголовкаЗащита состоится “28“ мая 2008 года в ____ часов на заседаниидиссертационного совета Д 501.002.01 в Московском государственномуниверситете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119991 ГСП-1, г. Москва,Ленинские горы, МГУ, физический факультет, аудитория ___.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ им.
М. В. Ломоносова.Автореферат разослан “” ________2008 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д.501.002.01,кандидат физико-математических наукЛаптинская Т.В.2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыБольшой интерес к углеродным нанотрубкам обусловлен их необычнымимеханическими, электрическими и магнитными свойствами. Нанотрубкиимеют многочисленные потенциальные приложения как материалы дляхолодныхэмиттеровэлектронов,одномерныхпроводников,прочныхполимерных композиций, для теплоотвода в наноразмерных транзисторах, длясоздания сверхразрешающих зондов атомно-силовых микроскопов и др.Одна из наиболее важных задач, стоящих на сегодняшний день передэкспериментаторами состоит в том, чтобы получать углеродные нанотрубки сзаранее заданными характеристиками и в необходимых количествах.Важнейшую роль во всех процессах получения углеродных нанотрубокиграют металлы-катализаторы.
Как правило, это металлы переходной группы.Они используются во всех методах синтеза и отличаются как по химическомусоставу, так и по способу введения в реакционную зону. Именно наметаллическихчастицахкатализаторов«зарождаются»углеродныенанотрубки, а их структурное состояние определяет вид конечного продукта.Поэтому важной задачей является разработка наиболее оптимальныхкатализаторов для синтеза углеродных нанотрубок. В этой связи особенноактуальным является исследование структурных превращений, которыепроисходят в частицах катализаторов в процессе синтеза углеродныхнанотрубок.Цель работыДиссертационная работа посвящена исследованию влияния фазового ихимического состава катализаторов и их структурных превращений взависимости от параметров синтеза (таких как температура в реакционнойкамере, время синтеза, положение образца в реакторе) на вид, количество ичистоту получаемых в результате углеродных нанотрубок.3Для этого в работе исследованы продукты трех наиболее общих методовсинтеза углеродных нанотрубок: электродугового, пиролизного синтеза ипиролизного синтеза, с использованием «летучего катализатора».
Во всех трехслучаяхиспользовалисьжелезосодержащиекатализаторы,различногохимического состава, специально подобранные для синтеза определенного видауглеродных нанотрубок или покрытий из них.Исследование проведено методами мессбауэровской спектроскопии,электронной микроскопии высокого разрешения, рамановской спектроскопии,термогравиметрии и рентгендифракционного анализа. Эта комплекснаяметодика позволяет проследить как за структурными превращениями,происходящими с катализаторами, так и определить морфологию и параметрыуглеродных наноструктур, полученных в процессе синтеза.Научная новизнаВпервыеметодоммессбауэровскойспектроскопииизученарольструктурного состояния катализатора в процессе образования и ростауглеродных нанотрубок.Предложен новый механизм образования углеродных нанотрубок нажелезосодержащих каталитических частицах.
Установлено, что необходимымдляобразованияуглероднойнанотрубкиявляетсяформированиекаталитического кластера. Он представляет собой наночастицу металла –катализатора (диаметром < 20 нм), покрытую карбидной оболочкой – Fe3C, накоторойпроисходиткоординирующегоростформированиеуглероднойжелезо-графитовогонанотрубкиизкомплексафрагментовразупорядоченного углерода из среды реактора.Впервые выявлена роль частиц γ-Fe в процессе синтеза углеродныхнанотрубок. Показано, что эти частицы не являются каталитическими и ихбыстрое образование в насыщенной углеродом атмосфере препятствует ростунанотрубок.4Научная и практическая ценность1. Предложенновыймеханизмобразованияиростауглеродныхнанотрубок.2.
Проведенноеисследованиеструктурныхпревращенийпозволилоопределить структурные и размерные факторы, которые препятствуюткаталитической активности частиц.3. Для каждого из изученных процессов синтеза определены оптимальныехарактеристики (температуры, время, геометрические характеристикиреактора), которые могут быть использованы для получения нанотрубокс заданными характеристиками.4. Определены основные причины падения скорости роста покрытий изуглеродных нанотрубок в процессе пиролизного синтеза с «летучимкатализатором», что может быть использовано при оптимизациипроцесса получения подобных покрытий.Основные положения, вынесенные на защитуДетальное исследование структурных превращений в металлическихчастицахкатализатороввразличныхпроцессахсинтезауглеродныхнанотрубок.Новый механизм образования и роста углеродных нанотрубок.Результатыисследованияразличныхфакторов,влияющихнакаталитическую активность металлических наночастиц в процессе синтезауглеродных нанотрубок.Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались иобсуждались на российских и международных конференциях и симпозиумах:II Международный симпозиум за безопасный и экономичный транспортводорода (2003 г., Саров, Россия), Международных конференциях «Водородноематериаловедение и химия углеродных наноматериалов» (2003 г., Судак, 2005г., Севастополь, 2007 г., Судак, Украина), Международных конференциях5«Углерод: фундаментальные проблемы науки» (2003 г., 2004 г., 2005 г., 2006.,Москва,Россия),Международныхсимпозиумах«Фуллереныифуллереноподобные структуры в конденсированных средах» (2004 г., 2006 г.,Минск, Беларусь), 2-ая международная конференция «Физика электронныхматериалов», (2005 г., Калуга, Россия), Национальных конференциях поприменениюрентгеновского,синхротронногоизлучений,нейтроновиэлектронов для исследования наноматериалов и наносистем (РСНЭ НАНО)(2005 г, 2007 г., Москва, Россия), ХХI Российская конференция по электронноймикроскопии.
(2006 г., Черноголовка, Россия), II Всероссийская конференцияпо наноматериалам (2007 г., Новосибирск, Россия), 10-ая международнаяконференция «Ломоносов -2007» (2007 г., Москва, Россия), Международнаяконференция New Diamond and Nano Carbons "NDNC2007" (2007 г., Osaka,Japan).Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 24 печатныхработах: 7 статьях и 17 тезисах докладов на международных и всероссийскихконференциях.Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 134страницах машинописного текста, включая 55 рисунков и 19 таблиц, и состоитиз введения, четырех глав, списка литературы из 130 наименований.
Работавыполнена на кафедре физики твердого тела физического факультета МГУ имМ.В. Ломоносова..6КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,научная новизна и практическая ценность работы, сформулирована цельработы, излагаются выносимые на защиту положения.Первая глава содержит обзор литературы по теме диссертационнойработы. Представлены данные о разновидностях углеродных нанотрубок, ихосновных физических и химических свойствах и методах получения. Проведенанализ основных известных механизмов роста углеродных нанотрубок.Показана важная роль металлических катализаторов в процессе образования ироста углеродных нанотрубок.Представлены и проанализированы основные структурные, магнитные имессбауэровские характеристики соединений, используемых в качествекатализаторов для синтеза углеродных нанотрубок.Вторая глава содержит описание методов исследования, применяемых вданной работе.В работе использовались следующие методы:• Метод просвечивающей и сканирующей электронной микроскопиивысокогоразрешенияявляющийсяединственнымпрямымметодом,позволяющим визуально определить количественное содержание нанотрубок вматериале и морфологию продуктов синтеза.• Методмессбауэровскойспектроскопиииспользованныйдляхарактеристики железосодержащих фаз.
Этим методом можно не толькоопределить природу, полученных в результате синтеза металлических частицразличного размера и отличающихся по структурному и химическому составуповерхностного углеродного слоя, но и выявить именно те соединения,которые «сопровождают» процесс зарождения и формирования нанотрубок.• Метод рентгеновской дифракции, примененный для определенияфазового состава катализатора и размеров металлических частиц.7•Метод комбинационного (или рамановского) рассеяниясвета,использованный для определения диаметров одностенных нанотрубок.• Методокислительнойтермогравиметрии,примененныйдляопределения количественного содержания углеродных нанотрубок, аморфногоуглерода, и графитоподобных частиц.Третья глава содержит результаты исследований и их обсуждение.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
