Obținerea nanotuburilor

2. Tehnologii de creștere a nanotuburilor de carbon

2.1 Sprayarea catodului din grafit

carbon grafit nanomateriale

Metoda cea mai răspândită de sinteză, bazată pe utilizarea descărcării arcului cu electrozi de grafit, dezvoltată de Kretchmer pentru obținerea fullerenelor din funingine.

Prepararea nanotuburilor de carbon prin metoda catodului este organizată după cum urmează. Volumul ermetic care conține anodul și catodul este evacuat la o presiune de 10-4 Pa, după care este introdus un gaz inert (He sau Ar la o presiune de 1 ... 10 Pa). Pentru aprinderea unei descărcări strălucitoare se aplică o tensiune ridicată de 1-10 kV între catod și anod. Ioniile pozitive ale gazului inert, sursa căruia este plasa unei descărcări strălucitoare, sunt accelerate în câmpul electric, iar catodul de carbon este bombardat, provocând pulverizarea acestuia.

Fig. 4. Schema de instalare pentru producerea fullerenelor și nanotuburilor prin metoda catodului de pulverizare: 1 - electrozi de grafit; 2 - autobuz de cupru răcit; 3 - o carcasă de cupru, 4 arcuri

O parte din produsele de pulverizare care conțin grafit, funingine și fullerene este depusă pe pereții răciți ai camerei, iar piesa care conține grafit și nanotuburi de carbon multistrat se află pe suprafața catodului.

nanotuburi de un singur perete sunt produse prin adăugarea unei mici impurități în anod Fe, Co, Ni, Cd (adică catalizatori adăugare). În plus, SWNT-urile sunt produse prin oxidarea nanotuburilor multistrat. În scopul nanotuburilor cu pereți multipli prelucrate oxidarea cu oxigen la încălzire moderată sau prin fierbere de acid azotic, în acest ultim caz există o îndepărtare de inele cu cinci membri din grafit, ceea ce duce la deschiderea capetele tuburilor. Oxidarea vă permite să îndepărtați straturile superioare din tubul multistrat și să-i deschideți capetele. Deoarece reactivitatea nanoparticulelor este mai mare decât cea a nanotuburilor, atunci când distrugerea semnificativă a produsului de carbon în fracția de oxidare a nanotuburilor în crește restul.

Producția de nanotuburi este influențată de mai mulți factori, în special presiunea gazului tampon în camera de reacție, curentul de arc, eficiența de răcire a pereților camerei și a electrozilor etc. [22, 58].

2.2 Evaporarea cu laser a grafitului

Faza laser care focalizează sistemul de lentile scanează suprafața țintei de grafit pentru a asigura o evaporare uniformă a materialului țintă. Vaporii care rezultă din vaporizarea cu laser intră în fluxul gazului inert și se efectuează de la regiunea temperaturii înalte până la regiunea cu temperatură scăzută unde precipită pe un substrat de cupru răcit cu apă. Negrul de fum care conține CNT este colectat din substratul de cupru, pereții tubului de cuarț și partea din spate a țintei.

La fel ca și în cazul pulverizării catodice a grafitului, se obțin mai multe tipuri de material final: fullerenuri, nanoparticule de grafit și nanotuburi de carbon (monostrat și multistrat). Structura și concentrația CNT în materia primă sunt determinate în principal de temperatura. La 1200 o C, CNT-urile nu conțin defecte și au capace la capete. Atunci când temperatura de sinteză este redusă la 900 ° C, apar defecte în CNT, numărul acestora crescând cu o scădere suplimentară a temperaturii, iar formarea de CNT-uri nu se observă la 200 ° C.

Ca o versiune, metoda a fost extinsă, unde, în locul unui laser cu impulsuri, sa folosit radiația solară concentrată. Această metodă a fost utilizată pentru a obține fullerene, și după rafinare, pentru a obține CNT-uri. Lumina soarelui, care se încadrează pe o oglindă plată și se reflectă, formează un fascicul paralel cu planul, care se întinde pe o oglindă parabolică. În centrul oglinzii este o barcă de grafit umplută cu un amestec de grafit și pulberi metalice. Cu o aliniere bună, temperatura pe țintă compozită atinge 3000 K. Barca este localizată în interiorul tubului de grafit, care joacă rolul unui scut termic. Întregul sistem este plasat într-o cameră plină cu un gaz inert.

În Fig. 5 prezintă schema generală a unei instalații pentru producerea de nanotuburi de carbon prin evaporarea cu laser a grafitului.

Fig. 5. Schema de instalare pentru producția de nanotuburi de carbon prin metoda evaporării cu laser a grafitului

În comparație cu metoda descărcării prin arc, evaporarea directă permite controlul mai detaliat al condițiilor de creștere, operațiunile pe termen lung și producția de nanotuburi cu un randament mai mare al produsului final de o calitate mai bună [14, 29].

2.3 Precipitarea chimică în fază gazoasă a hidrocarburilor

Metoda de depunere cu plasmă chimică de vapori (PECVD) se bazează pe faptul că sursa de carbon gazos (în principal metan, acetilenă sau monoxid de carbon) este expus la orice sursă de energie înaltă (plasmă sau bobina rezistivă încălzită), în scopul de a diviza molecula într-un reactiv - carbon atomic activ. În plus există o pulverizare peste un substrat încălzit acoperit cu catalizator (de obicei tranziție a metalelor din prima perioadă de Fe, Co, Ni și colab.), Care este depus pe cărbune. Nanotuburile se formează numai cu parametri strict respectați.

Reproducerea exactă a direcției de creștere a nanotuburilor și poziționarea lor la nivelul nanometrului poate fi obținută numai prin obținerea acestora prin metoda pirolizei catalitice, deoarece localizarea catalizatorului determină amplasarea nanotuburilor.

Metoda de piroliză catalitică se bazează pe faptul că sursa de carbon gazoasă se descompune pe catalizator la carbonul care este adsorbit și dizolvat în catalizator și în alte produse de reacție. Creșterea nanotuburilor de carbon pe catalizator are loc pe baza formării unui nucleu de carbon pe suprafața unei picături de catalizator, urmată de creșterea și formarea unei nanostructuri.

Schema de piroliză catalitică a hidrocarburilor este prezentată în Fig. 6.

Fig. 6. Schema de instalare a pirolizei catalitice a hidrocarburilor

Dimensiunile nanotubului și structura acestuia sunt determinate de regimul de temperatură al procesului, de compoziția fazei gazoase, de compoziția și dimensiunea nanoclusterilor de catalizator.

Rolul catalizatorilor utilizat de film nichel quasiamorphous, catalizator un sol-gel în etanol (de exemplu, [Ni (NH3) 6] Cl2. [Co (NH3) 6] Cl2), oțelul oxidat și altele.

Trebuie remarcat faptul că, spre deosebire de fier și nichel fine pulberi substrat neprelucrat de catalizatori din tablă de oțel și nichel nu sunt nanotuburi de creștere. Acest lucru se datorează energiei de suprafață ridicată a sistemelor fin dispersate. Creștere a nanotuburilor de carbon pe principiul merge nucleată heterofazic, adică are loc la suprafața nanoparticulelor, cu o energie de suprafață mai mare sau egală cu energia de activare a reacției de transfer de carbon din nanotuburi de carbon.

În funcție de diametrul particulelor de catalizator poate crește numai un singur strat sau multistrat nanotuburi de carbon.

În practică, această proprietate este folosită pe scară largă în tehnologia de a crea sonde pentru scanarea microscopiei sondei. Prin stabilirea poziției catalizatorului la capătul acului consolei de siliciu pot fi cultivate nanotub, ceea ce va îmbunătăți în mod semnificativ caracteristicile de reproductibilitate și rezoluție ca un microscop de scanare și în efectuarea operațiunilor de litografie [22, 63].

Sinteza electrolitică

Ideea de bază a acestei metode este de a obține nanotuburi de carbon prin trecerea unui curent electric între electrozii de grafit în sarea ionului topit. Catodul de grafit este consumat în timpul reacției și servește drept sursă de atomi de carbon. Ca urmare, se formează o gamă largă de nanomateriale. Anodul este o barcă realizată din grafit de înaltă puritate și umplută cu clorură de litiu. Barca este încălzită la temperatura de topire a clorurii de litiu (604 ° C) în aer sau într-o atmosferă de gaz inert (argon). Catodul este scufundat în clorură de litiu topit și un curent de 1-30 A trece între electrozii timp de un minut. În timpul timpului de transmisie actual, o parte din catodul scufundat în topitură erodează. În plus, topitura de electroliză care conține particule de carbon este răcită la temperatura camerei. Produsele includ particule de metal încapsulate și NT de carbon multistrat de diferite morfologii, incluzând spirale și puternic curbate. În funcție de condițiile experimentale, diametrul nanotuburilor formate din straturile cilindrice grafenice variază de la 2 la 20 nm, lungimea ajunge la 5 μm.

Metodele prezentate pentru producerea nanostructuri de carbon sunt utilizate pe scară largă în scopuri de cercetare, dar cea mai importantă problemă practică - sinteza de înaltă calitate și nanomaterial carbon ieftin în cantitatea necesară pentru uz industrial - pot fi rezolvate prin îmbunătățirea procesului de metodă de înregistrare a pirolizei catalitică a hidrocarburilor. Această metodă are specificitatea necesară pentru produsul final, permite utilizarea diferiților reactivi inițiali ai grupului de hidrocarburi [64].

Articole similare

• Metoda de obținere a nanotuburilor de carbon

• Producția etilenă a apei de etilenă și bromură - prezentare 108593-36

• Procese tehnologice de obținere a semifabricatelor prin metoda formării metalului

Trimiteți-le prietenilor: