|
Нанотехнологии - получение углеродных нанотрубок. С тех пор как углеродные нанотрубки формируемые на катоде углеродной дуги были открыты Лиджимой в 1991 году, были разработаны многочисленные методики получения углеродных нанотрубок, в том числе разрядом эликтрической дуги , воздействием лазера , и тепловым химическим осаждением паров (CVD) . Хотя эти методы увенчались успехом, они не готовы или экономически затратны для крупномасштабного применения. Синтез материалов сжиганием (в том числе коммерчески производимых углеродных продуктов) продемонстрировал историю миниатюризации и представляет собой потенциал для постоянного, эффективного, высокообьёмного производства, без необходимости использования дорогостоящих исходных материалов. Синтез в пламени, сжигание углеводородного топлива по сути предусматривает не только наличие источника тепла для установления высокой температуры окружающей среды , , но также и для роста углеродных компонентов, используемых для изготовления углеродных нанотрубок. Кроме того, несмотря на сложные процессы объединения различных разделов химии и транспортировки, пламя точной формы позволяет исследовать основные механизмы контроля (например, с использованием лазерной спектроскопии), которые трудно реализовать в большинстве других современных методов синтеза, где условия зачастую слишком хаотичны чтобы выводить какие-либо значимые связи смоделями роста. Признавая, что размер и спиралевидность и являются одними из важных параметров, влияющих на свойства углеродных нанотрубок, дополнительные степени свободы зависят от динамики сгорания, выбора катализатора, и монипуляции основной силой(например, применение электрического поля), эти параметры очень важные. В последнее время число работ показали, что синтез сгорания может быть использован в качестве относительно недорогого, но надежного метода для выращивания нитевидных углеродных наноструктур. В этих работах в основном рассматривались процессы формирования углеродных нанотрубок в присутствии металла-катализатора, которые могут быть широко классифицированы в аэрозольном катализе и позволяют применять метод подложек. Используя этот метод, Вандер Вал и др.. могли выращивать одностеночные углеродные нанотрубки (SWNT), в открытом либо сформированном пламени, отбором топлива с ферроценами и смесями металлических нитратов, выступающеих в качестве катализатора. Получающиеся из ферроценов наночастицы железа создавали прослойки самостоятельно существующих одностеночных углеродных нанотрубок с диаметрами примерно 2 нанометра. Используя метод постоянного основания, некоторые исследователи добились успеха в производстве различных форм углеродных нанотрубок. Вандер Вал получал многостеночные углеродные нанотрубки с помощью металла-катализатора с покрытием подложками из TiO2 в этилен-воздухе и ацетилен-воздухе известной диффузии. Юань и др.. отметили сложность формирования многостеночных углеродных нанотрубок (с диаметром 20-60 нм) непосредственно на Ni / Cr проводах в диффузионном огне метана. Юань и др.. также получил хорошо выравненные многостеночные углеродные нанотрубки в диффузионном огне этилена с использованием нержавеющей стальной сетки с кобальтом в качестве катализатора. В других работах рассматривались различные виды пламени, в том числе состав топлива (метан, этан, этилен, ацетилена и пропана) и топливно-воздушной смеси, по морфологической структуре, качеству графита, и количеству получаемых углеродных нанотрубок используя катализаторы в пламени различной формы и типа. В некаталитическом способе получения углеродных нанотрубок, Мерхан-Мерхан сообщил о синтезе в огне, обогащённом кислороде. Кроме того, применение электрического поля дает выгодный инструмент для повышения однородности и производительности в газовой фазе синтеза процессов. Ряд работ о системах получения плазменных углеродных нанотрубок сообщают о успешнои применении электромагнитного поля для контроля выравнивания и роста нанотрубок. Однако, несмотря на эту вроде бы признанную целесообразность применения электромагнитного поля, только недавно в своей работе Мерхан-Мерхана. Al. рассмотрел его применение в получении углеродных нанотрубок. Многие работы показывают, что выравнивание и темп роста нанотрубок может быть улучшено при наличии электрического поля. Уникальная форма огня, воплощённая в этой работе является обратной диффузией струи пламени, в котором окислитель находятся в центре, и топливо вне. . Соответствующие работы появилась недавно. Чистое изменение этой геометрии заключается в рахновидности пламени , в основном состоящем из паров продуктов пиролиза, которые не прошли через зону окисления. Таким образом, процесс образования сажи, идущий вместе с образованием нанотрубок, легко отделим от процесса окисления в огне обратной диффузии (IDFs), , который также имеют тенденцию к образованию сажи (меньше, чем при обычном диффузионном пламени) (NDFs) . Кроме того, видов образующихся углеродов и пиролизов(обогащенная Cn и СО), может быть гораздо больше в концентрации, чем в достигнутом на практике в предварительно перемешанном пламени. Используя диффузионный огонь, проблем, которые возникают при использовании перемешанного огня,удаётся избежать. В нашем случае, сплав из переходных металлов (с учетом и без напряжения уклона) вставляется в горизонтальном положении в пламя на высоте, благоприятной для получения углеродных нанотрубок. При благоприятных условиях получается катализ наночастиц, и виды до-углеродных образований легко подвергаются разобщающей адсорбции и наночастицы превращаются в нанотрубки , оставшиеся наночастицы присоединяются к подложке и расположенной на основе растущей нанотрубкиили. Так оба вида (СО и C2) могут участвовать в процессах роста углеродных нанотрубок, их местные концентрации должны быть известны для понимания путей первоначальных химических реакций и условий, способствующих их кинетическому доминированию. Таким образом, температуры местных газовых фаз и концентраций доуглеродных соединений измеряются в конкретных местах формирования нанотрубки. В нижеследующих разделах мы показали, что вариации типа катализатора, позиция пламени (радиальная R, а также осевая Z), и отклонения напряжения сильно влияют на форму нанотрубки.
|
