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.
Химическая функционализация углеродных нанотрубок (УНТ) приводит к значительному изменению их физико-химических характеристик, а, следовательно, к расширению области использования этого нового материала. Одним из первых радикалов, присоединение которых к УНТ оказалось возможным без существенного изменения их структуры, являются атомы фтора, образующие с атомами углерода ковалентную химическую связь. Фторирование УНТ приводит к снижению их электропроводности и к увеличению их диаметра, что привлекает исследователей, заинтересованных в прикладном использовании нанотрубок. Несмотря на интерес ученых к проблеме фторирования УНТ, процесс фторирования до сих пор до конца не изучен, что связано с трудностью фиксации фторированных атомов углерода на поверхности нанотрубки. Некоторого прогресса в этом направлении удалось достигнуть группе исследователей из Rice Univ. (США) [1], которые провели не только фторирование УНТ, но также обратную процедуру – восстановление однослойных и двухслойных УНТ.
Фторирование однослойных и двухслойных УНТ проводили в течение двух часов в потоке F2+He (1:4) при температурах 150 и 200оС, соответственно. Полученные образцы исследовали с помощью сканирующего туннельного электронного микроскопа (STM), рентгеновского фотоэлектронного спектрометра, ИК Фурье-спектрометра и спектрометра комбинационного рассеяния (КРС). Как следует из измерений методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, степень фторирования образцов однослойных и двухслойных УНТ соответствует отношению C/F =2/1 и 3/1. Такое соотношение показывает, что в двухслойных УНТ фторированию подвергается только внешний слой нанотрубок, причем степень фторирования этого внешнего слоя совпадает со степенью фторирования однослойных УНТ. Анализ TEM изображений указывает на значительное увеличение диаметра УНТ в результате фторирования (с 1.2–1.5 нм до ~ 3 нм). Это наблюдение согласуется с опубликованным ранее сообщением об увеличении в результате фторирования длины С–С связи с 0.142 нм до 0.156 нм. Анализ ТЕМ изображений указывает также на явление укорачивания УНТ в результате фторирования. При этом фторирование двухслойных УНТ приводит к уменьшению длины внешней нанотрубки.
Восстановление фторированных УНТ проводили в результате термообработки при температуре 400оС в течение часа. ТЕМ измерения показывают, что в результате восстановления нанотрубок их диаметр уменьшался до исходного. Фторирование и последующее восстановление образцов УНТ было подтверждено анализом спектров КР. На этих спектрах ясно видно, что присоединение относительно тяжелых атомов фтора к гексагональной решетке углерода сопровождается исчезновением радиальных дышащих мод.
А.Елецкий
1. J.H.Kang et al., Chem. Phys. Lett. 534, 43 (2012).
