Обсяг розрядної камери впливає на синтез одношарових вуглецевих нанотрубок

Один із традиційних підходів до синтезу одношарових вуглецевих нанотрубок (ОСУНТ) заснований на використанні дугового розряду з графітовим анодом. У цьому випадку термічне розкладання матеріалу анода при високих струмах (близько 100 А) призводить до утворення значної кількості атомів вуглецю, подальше охолодження яких в присутності каталізатора супроводжується конденсацією і формуванням одношарових УНТ. Основний механізм охолодження вуглецевого пара пов’язаний з конвективним рухом з гарячою приэлектродной області в більш холодну, периферійну область розрядної камери. Тому можна припустити, що розмір камери, який визначає умови конвекції, повинен впливати на характер та ефективність освіти УНТ. Нещодавно вплив розміру камери на вихід УНТ був досліджений групою вчених з Univ. of Toulouse (Франція) [1].

Синтез ОСУНТ проводили в електричній дузі при тиску гелію близько 400 Торр. Обсяг розрядної камери міг змінюватись за допомогою скляних насадок і становив 60, 25 або 18 л. Використовували вертикальну конфігурацію електродів (катод зверху). В якості анода використовували графітовий стрижень діаметром близько 5 мм і довжиною 50 мм, в якому було просвердлено коаксіальне отвір діаметром 3 мм і глибиною 30 мм. Цей отвір заповнювали сумішшю графітового порошку з розміром зерен 1 або 100 мкм і нікель-итриевого каталізатора (Ni:Y:C = 0.6:0.6:98.8). Щільність матеріалу, що заповнює отвір, становила (в залежності від розміру графітових зерен) 1.71 г/см3 і 1.50 г/см3, для зерен розміром 1 і 100 мкм, відповідно.

Результати ТИМ дослідження сажі, отриманої в камерах різного об’єму
з використанням анодів з різним розміром зерен графіту.

Розмір зерен
графіту, мкм

 

Об’єм камери, л

60

25

18

100

Вихід УНТ,
обсяг %

5

12 – 17

< 0.5

Спостереження

Аморфний вугіллі-рід, поліароматичні з’єднання, онионы, фуллерео-іди; мало ОСУНТ

Джгути ОСУНТ практично не з-тримають домішок

Поряд з ОСУНТ є багатошарові УНТ

1

Вихід УНТ,
обсяг %

7 – 10

60

< 0.5

Спостереження

Спостерігаються всі типи домішок, мало ОСУНТ

Джгути ОСУНТ зовсім не містять домішок

Поліароматичні з’єднання, онионы, одношарові нанокапсули, трохи багатошарових УНТ

 

У таблиці наведено результати дослідження за допомогою просвічуючого електронного мікроскопа (ТИМ) сажі, отриманої в камерах різного об’єму з використанням анодів з різним розміром зерен графіту. Отримані дані вказують на суттєву залежність виходу ОСУНТ і ступеня чистоти продукту, як від обсягу розрядної камери, так і від розміру зерен графіту, що входить до складу анода. Найбільш сприятливі умови для синтезу ОСУНТ реалізуються при об’ємі камери 25 л і розмір зерен 1 мкм. Як вважають автори роботи, роль об’єму камери зводиться до встановлення оптимальних умов конвекції газу, в той час як розмір зерна визначає умови тепловідведення від лицьової поверхні анода.

А. Єлецький

1. V. Ramarozatovo et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 45, 345204 (2012).

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *