Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Объем разрядной камеры влияет на синтез однослойных углеродных нанотрубок
Один из традиционных подходов к синтезу однослойных углеродных нанотрубок (ОСУНТ) основан на использовании дугового разряда с графитовым анодом. В этом случае термическое разложение материала анода при высоких токах (порядка 100 А) приводит к образованию значительного количества атомов углерода, последующее охлаждение которых в присутствии катализатора сопровождается конденсацией и формированием однослойных УНТ. Основной механизм охлаждения углеродного пара связан с конвективным движением из горячей приэлектродной области в более холодную, периферийную область разрядной камеры. Поэтому можно предположить, что размер камеры, определяющий условия конвекции, должен влиять на характер и эффективность образования УНТ. Недавно влияние размера камеры на выход УНТ был исследован группой ученых из Univ. of Toulouse (Франция) [1].
Синтез ОСУНТ проводили в электрической дуге при давлении гелия около 400 Торр. Объем разрядной камеры мог варьироваться с помощью стеклянных насадок и составлял 60, 25 или 18 л. Использовали вертикальную конфигурацию электродов (катод сверху). В качестве анода использовали графитовый стержень диаметром около 5 мм и длиной 50 мм, в котором было просверлено коаксиальное отверстие диаметром 3 мм и глубиной 30 мм. Это отверстие заполняли смесью графитового порошка с размером зерен 1 или 100 мкм и никель-итриевого катализатора (Ni:Y:C = 0.6:0.6:98.8). Плотность материала, заполняющего отверстие, составляла (в зависимости от размера графитовых зерен) 1.71 г/см3 и 1.50 г/см3, для зерен размером 1 и 100 мкм, соответственно.
Результаты ТЕМ исследования сажи, полученной в камерах различного объема
с использованием анодов с различным размером зерен графита.
Размер зерен
графита, мкм
Объем камеры, л
60
25
18
100
Выход УНТ,
объем %
5
12 - 17
< 0.5
Наблюдения
Аморфный угле-род, полиароматические соединения, онионы, фуллерео-иды; мало ОСУНТ
Жгуты ОСУНТ практически не со-держат примесей
Наряду с ОСУНТ имеются многослойные УНТ
1
Выход УНТ,
объем %
7 - 10
60
< 0.5
Наблюдения
Наблюдаются все типы примесей, мало ОСУНТ
Жгуты ОСУНТ вовсе не содержат примесей
Полиароматические соединения, онионы, однослойные нанокапсулы, немного многослойных УНТ
В таблице приведены результаты исследования с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ТЕМ) сажи, полученной в камерах различного объема с использованием анодов с различным размером зерен графита. Полученные данные указывают на существенную зависимость выхода ОСУНТ и степени чистоты продукта, как от объема разрядной камеры, так и от размера зерен графита, входящего в состав анода. Наиболее благоприятные условия для синтеза ОСУНТ реализуются при объеме камеры 25 л и размере зерен 1 мкм. Как полагают авторы работы, роль объема камеры сводится к установлению оптимальных условий конвекции газа, в то время как размер зерна определяет условия теплоотвода от лицевой поверхности анода.
А.Елецкий
1. V.Ramarozatovo et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 45, 345204 (2012).
