В недавно опубликованной в журнале Наука развивается, Фэн Динг центра для многомерных углеродных материалов, в рамках Института фундаментальной науки (ИБС, Южная Корея) и его коллеги добились создания определенного типа углеродных нанотрубок (УНТ) с селективностью 90%, и расширил нынешняя теория, которая объясняет синтез этих перспективных нано-цилиндров.
УНТ являются невероятно прочный и легкий наноматериалы из углерода с высоким настоящую пропускную способность и очень высокую теплопроводность, что делает их идеальными для электроники. Хотя УНТ считаются одними из самых интересных материалов для будущего, ученые до сих пор борются за свою управляемого синтеза.
Формы УНТ можно сравнить с бумажной пробки: точно так же, как цилиндр может быть создано путем сворачивания листа бумаги, так что УНТ можно представить как один слой графита, закатал на себе. Точно так же, как разные трубы могут быть изготовлены путем прокатки бумаги вокруг ее длинной стороне, его короткой стороне или по диагонали под разными углами. В зависимости от направления прокатки, графитовый слой может произвести различные УНТ-структур, некоторые проводят и другие полупроводниковые, избирательно создания определенного типа УНТ станет ключом для их использования в будущем, например, строительство энергоэффективных компьютерных чипов. Однако, УНТ не производятся путем прокатки, но выращивается Нм после Нм, при добавлении углерода на границе нано-цилиндров, один атом за один раз. Несмотря на различные исследования в течение последних трех десятилетий, понимание на рост УНТ остается весьма ограниченным и рационального экспериментального проектирования для роста конкретные виды УНТ является сложной задачей.
Одним из наиболее перспективных методов производства для CNT-это химическое парофазное осаждение (ХПО). В этот процесс, металлических наночастиц в сочетании с углерод-содержащих газов форма УНТ внутри высокотемпературной печи. На кончике трубы, металлические наночастицы играют важную роль в качестве катализаторов: они диссоциируют источник углерода из газов, и помогать вложение этих атомов углерода в УНТ стены, делая пробки все длиннее и длиннее. Рост УНТ прекращается после того, как катализатор частиц инкапсулируется графитовый или аморфного углерода.
Атомы углерода вставляются на интерфейс между растущей УНТ и наночастиц катализатора, в активных местах обода, и доступны для включения новых атомов. Предыдущая модель роста УНТ показало, что последняя пропорциональна плотности этих активных центров на границе раздела между cnt и катализатором, или конкретные структуры УНТ.
В этом исследовании, ученые наблюдали устойчивый рост УНТ на основе оксида магния (MgO) с поддержкой окиси углерода (CO) в качестве сырья углерода и наночастиц кобальта в качестве катализаторов при 700ос. Прямые экспериментальные измерения 16 УНТ показал, как надо расширять прежние теории. «Это было удивительно, что темпы роста углеродных нанотрубок зависит только от размера частиц катализатора. Это означает, что наши прежние представления о росте углеродных нанотрубок не была завершена», — говорит Maoshuai он, первый автор бумаги.
Более конкретно, атомы углерода, которые осаждаются на поверхности катализатора частиц может быть либо зарегистрирована на активной стороне УНТ или удалено травителей, таких как Н2, Н2О, О2 или СО2. Чтобы объяснить новые экспериментальные наблюдения, команда включены эффекты вставки и удаления углерода в процессе роста УНТ и обнаружил, что скорость роста зависит от площади поверхности катализатора и соотношение диаметра трубы.
«По сравнению с предыдущей моделью, мы добавили еще три фактора: скорость осаждения прекурсора, скорости удаления углерода травителей, и скорость включения углерода в углеродной нанотрубке стены. При диссоциации сырья не может быть сбалансирован углерода офорт, темпы роста углеродных нанотрубок больше не будет зависеть от структуры углеродных нанотрубок. С другой стороны, предыдущая теория остается в силе, если травление является доминирующей», — объясняет Дин, лидером группы Центр для многомерных углеродных материалов.
Интересно, что новая теория роста УНТ приводит к новому механизму выборочно выращивать определенного типа УНТ, обозначается как (2Н, Н) УНТ, который характеризуется максимальным числом активных центров на границе раздела между cnt и катализатором. Эта структура УНТ будет соответствовать прокатки листа графита по диагонали под углом около 19 градусов.
«Если не будет угля травления и роста углеродных нанотрубок медленно, атомы углерода на поверхности катализатора накапливаются», — говорит Цзинь Чжан, соавтор исследования и профессор из Пекинского университета, Китай. «Это может привести к образованию графитовых или аморфного углерода, которые созданы механизмы прекращения роста нанотрубок углерода. В этом случае, только углеродных нанотрубок, которые способны добавить атомы углерода на их стенах, то есть с наибольшим числом активных центров, способных выжить».
Руководствуясь нового теоретического осмысления, исследователи смогли разработать эксперименты, которые производили (2Н, Н) УНТ с селективностью до 90%: самый высокий селективный рост этого типа УНТ достигается при отсутствии каких-либо травителем и с высокой концентрацией сырья.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!