Fabricare de nanotuburi de carbon

Fabricare de nanotuburi de carbon

FABRICATIE

Cea mai frecventa metoda utilizata pentru a produce nanotuburi de carbon este electric-arc de descarcare de gestiune. Un arc electric este o defalcare electrica de un gaz care produce in curs de desfasurare descarcari de gestiune plasmatice, similare cu scanteia instantanee, care rezulta dintr-un curent care curge in mod normal prin intermediul materialelor nonconductive, cum ar fi aer. Arcul apare in spatiul umplut de gaze intre doua conductoare electrozi (de multe ori facute de carbon) si-l duce la o temperatura foarte mare, capabil de topire sau vaporizare aproape orice. Deci, acest proces are loc astfel: 1) un curent se executa printr-un anod, sau pozitiv taxat cu o bucata de carbon, 2), atunci acest curent salturi printr-un anumit tip de plasma material de la un catod, sau o bucata de taxat negativ de carbon, in cazul in care exista o evaporare si

depunerea de particule de carbon prin plasma, 3) in final, un exterior cu coaja tare regiune a facut descompuse de grafit este format si un interior de baza regiune cu coloane vag ambalate, care consta de drept, rigid multishell nanotuburi de carbon si a inchis polyhedral particule (de asemenea cunoscut ca nanoparticule de carbon). Aceste coloane creste la o rata de aproximativ 1mm pe minut pe catod locuibila. Cel mai bun rezultat din nanotuburi de carbon si nanoparticule de la anod, care pot fi obtinut este de aproximativ 25%. Temperatura medie in plasma in cazul in care sunt nanotuburi format este foarte mare la 4000 K (aproximativ 6740 de grade F).

Pentru a obtine o singura coaja nanotuburi de carbon, un catalizator trebuie sa fie adaugat in carbonul evaporat. Acest catalizator este de obicei un metal, cum ar fi cobalt, nichel, sau un amestec de anumite alte metale. Acest catalizator de metal, impreuna cu grafit de pulbere se adauga intr-o gaura prin forate anod de contact (vom vedea mai tarziu ca acest catalizator plus, adauga la impuritati de pe nanotuburi). In timpul-arc de descarcare de gestiune, web-ca structuri sunt formate in jurul cooler parti din de electrozi. In cadrul acestor structuri, pachete de 10-100 coaja nanotuburi sunt singur format.

Aceasta metoda este special, in mod normal, foarte ineficient, dar utilizarea unui catalizator de nichel-a yttrium imbunatatit eficienta globala si productia de coaja nanotuburi singur.

PURIFICARE

Ei bine, procesul nu se incheie aici, trebuie sa existe un proces de purificare. Aceasta este pentru ca aproximativ 33% din gruparile de carbon produs in arc electric-de descarcare de gestiune nu contin nanotuburi cu tub-a dorit ca structura. Sa demonstrat ca aceste sfaturi de nanotuburi sunt usor de distrus prin oxidare, sau adaosul de oxigen. Aceasta se produce deoarece sfaturi actiona ca nanoparticles, care sunt usor de distrus in temperaturi mai mari (700 O C), intrucat sunt tuburi nu. Aceasta metoda ofera numai despre mai putin de 1% din pur nanotuburi de carbon; cu toate acestea, exista o metoda care ofera doar mai putin de 40% pur nanotuburi de carbon. Aceasta metoda este efectuat de catre oxidare care sa permita sa apara intr-o solutie care incetineste de reactie si a face mai multe uniforma.

La un singur coaja nanotuburi, materiale de a actiona in calitate de catalizator impuritati, prin urmare, doar cresterea temperatura de oxidare si bazandu-se pe pace nu functioneaza in principal pentru ca-l distruge unic de coaja nanotuburi. Aceste impuritati de asemenea, pentru a termina functia de crestere a nanotuburi.

Prin urmare, trebuie sa existe mai multe etape de solutie pe baza de purificare.

MECANISMELE DE CRESTERE

Cele mai multe de la formarea si dezvoltarea de nanotuburi de carbon este inca teoretic, dar intrebarea trebuie sa fie intrebat, ceea ce provoaca tuburi sa nu mai fac in timpul electric-arc de descarcare de gestiune? De intrebare fara raspuns este in mare parte, oameni de stiinta, prin urmare, sunt in continuare a mecanismelor de cercetare de carbon, care permite de a forma modul in care aceasta nu si de modul in care aceste nanotuburi fiecare interactiona cu alte in timpul acestor formatiuni.

Sinteza de nanotuburi de carbon

Nanotuburi de carbon pot fi produse de o mare varietate de procese, cum ar fi-arc de descarcare de gestiune, vaporizare cu laser de grafit de obiective, si electrozi de carbon de electroliza in saruri topite ionice. A mai recent dezvoltat pentru tehnica de crestere este CNTs piroliza de hidrocarburi care este cel mai frecvent mentionate in literatura de specialitate ca chimice vapori de depunere (CVD).

Metoda descarcarii prin arc - electric

Nanotube generatie cu aceasta tehnica implica trecerea de curent direct (DC) El intr-o atmosfera, prin intermediul a doua electrozii de grafit de inalta puritate. DC curent este de preferat peste curent alternativ (CA) pentru ca ofera cel mai ridicat randament de nanotuburi. Acest proces produce un hard-gri coaja care se refera la cat de multe 'funingine' la o rata de 1 mm / min, pe de electrod negativ (catod), intrucat a electrodului pozitiv (anod) este continuu consumate. Miez de interior de funingine contine carbon, nanotuburi si imbricate polyhedral graphine particule. Asa cum am mentionat pe pagina mea de pornire, aceasta tehnica este ceea ce Sumio Iijima folosite pentru a descoperi lui aranjate aleator multi-pereti nanotuburi de carbon (MWNTs). Acum stim ca atunci cand un metal catalizator este folosit in acest proces, de unica pereti nanotuburi de carbon (SWNTs) pot fi produse. Iijima a fost, de asemenea capabila sa produca SWNTs de arcing Fe-electrozii de grafit-metan intr-o atmosfera de argon. Cativa ani mai tarziu, BETHUNE 1 produse SWNTs cu acest arc utilizati metoda de Fe-Co-Ni-grafit amestecuri de El intr-o atmosfera. Prin folosirea acestui set de electrozi, de nanotuburi au fost gasite in bocceaua aranjamente cu diametre medie de 1,2 nM. In prezent, cea mai eficienta pentru producerea de catalizatori SWNTs sunt Y-2 Ni, Fe-Ni 3, Pt-Rh si 4. Grafit Aceste amestecuri care sunt folosite ca a electrodului sunt capabile de a obtinerii de pana la 90% din SWNTs. Studii recente, folosind metoda de arc de descarcare de gestiune a fost privind imbunatatirea crystallinity de SWNTs.

Exista mai multe probleme asociate cu arc electric-metoda de descarcare de gestiune. Poate cea mai mare problema cu aceasta tehnica este costul total. Daca vrem sa produca SWNTs cu aceasta tehnica, trebuie sa-au ridicat de puritate electrozii de grafit, amestecuri metalice de inalta puritate, si de inalta puritate si El Aer gaze. Alte probleme cu aceasta tehnica este ca nu exista foarte putin control asupra diametru de nanotuburi de produse si sunt intotdeauna prezent in cadrul 'funingine' care o face greoaie (sau imposibil) de a separa nanotuburi de carbon de la polyhedral particule de grafit (la in caz de MWNTs) sau de la incapsulat particule de metal (in caz de SWNTs). In plus fata de aceste 'impuritati', exista intotdeauna o parte din amorf de carbon, care este de gasit in 'funingine', care este extrem de dificil nedorite si pentru a elimina, dupa formarea de nanotuburi. Figura de mai jos arata o schematic diagram pentru a-arc electric ca metoda de descarcare de gestiune dezvoltat de Saito in 1995. 5

Vaporizarea laser pe grafit

MWNTs pot fi cultivate cu aceasta tehnica, prin utilizarea de mare putere vaporizare cu laser (Nd-YAG sau de tip YAG) din grafit pur obiective in interiorul unui cuptor de la 1200 o C, intr-o atmosfera de Aer. Noi putem face SWNTs daca metalic particule se adauga ca catalizatori pentru a obiectivelor de grafit. Un exemplu tipic de tinta folosite pentru a construi SWNTs este facut din grafit-Co-Ni. Principala problema cu aceasta tehnica este de reproductibilitate; este, de asemenea, greu de controlat la chirality, lungimea, diametrul si de nanotuburi. In ultimii ani, de diametru a fost in masura sa fie mai bine controlate prin cresterea puterii de laser. Ca de laser puls de putere este crescut, de diametru de a deveni tuburi de restrans. Poate ca cea mai mare problema asociata cu aceasta tehnica este ca valoarea maxima a productiei de CNTs care pot fi formate este de 1,5 g / ora, care face aceasta metoda ineficienta din punct de vedere economic. Unele grupuri de cercetare au fost capabili de a creste productia de CNTs prin utilizarea extrem de rapid si de impulsurile poros, prin utilizarea de obiective opus la standard de obiective metale.

Electroliza

MWCNT lui se poate face acest lichid de la faza de tehnica cu toate acestea, nu este de preferat, deoarece randamentele tind sa fie extrem de mici (20-40%). Avantajul este ca electroliza sale este cel mai ieftin mod de a produce MWNT lui. Implica procesul de aplicare a unui dc de tensiune intre doi electrozi grafit scufundate in LiCl topit sub un Aer atmosfera. Grafit Li se dizolva in topit la 600 o C obtinerii Li 2 C 2, care este incapsulat in termen de bine graphitized MWNT lui. Formarea de Li 2 C 2 este, prin urmare, un pas cheie in catod dizolvarea si formarea ulterioara nanotube. Aceasta reactie poate fi exprimat ca 2Li + + 2e - 2 C grafit obtinerii Li 2 C 2. Diverse saruri topite au fost utilizate pentru productia de MWNT lui de electroliza, cum ar fi LiCl, KCl, NaCl, si LiBr.

Depozitari chimice de vapori

Chemical Vapor Deposition (CVD) din CNTs a fost dezvoltat de ZF Ren in 1998. 6 Acest proces implica o descompunere a hidrocarburilor (de exemplu: metan, benzen, acetylene, naftalina, etilena, etc) de peste catalizatori de metal (de exemplu, Co, Ni, Fe, Pt , PD), care sunt depozitate la locatii predefinite, pe un substrat. Exista trei principale tehnici utilizate pentru producerea de modele de catalizatori pentru selectiv de crestere a CNTs. In figura de mai jos, caz (a) reprezinta standardul litografie, cazul (b) reprezinta umbra-de mascare si de caz (c) reprezinta moale litografie. 7 Pentru mai multe informatii cu privire la aceste tehnici de nanofabrication va rugam sa consultati Referintele de mai jos. 8 Aceste trei metode pentru a permite depunerea de controlat CNTs orientate vertical, in cantitati mari.