WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Квантово-химические расчеты, приведенные в работе [2], дают следующий ряд металлов по уменьшению прочности связи металл – ароматическое кольцо: Mn-Co-Ni. В этом же ряду согласно расчетам облегчается и отрыв водорода от кольца. Эти расчеты показали, что вероятность образования нанотрубок, получаемых методом низкоэнергетического синтеза, растет в ряду Mn-Co-Ni, что хорошо согласуется с экспериментальными результатами рентгеноэлектронной спектроскопии. Таким образом, исходя из данных по изучению рентгеноэлектронных спектров C1s, сделаны выводы:

1. Увеличение содержания соли 3d- металлов в смеси приводит к увеличению С-С связей, ответственных за образование нанотрубок.

2. Увеличение количества металлоуглеродных наноструктур напрямую зависит от степени заполнения электронной 3d-оболочки металлов. При одном и том же составе смеси наблюдается рост C-C связей в ряду Mn-Co-Ni.

3. Сравнение результатов по рентгеноэлектронной спектроскопии с квантовохимическими расчетами показало хорошее согласие.

Проведено сравнение полученных результатов с данными электронной микроскопии [2]. Изучение микроструктуры образцов проводилось на просвечивающем электронном микроскопе JEM-200CX при ускоряющем напряжении 160кВ (микроструктуры приведены на рис.9).

b) a) c) Рис.9. Микроструктуры металлоуглеродных систем, полученных из смеси антрацена и хлорида металла: MnCl2 (a); CoCl2 (b); NiCl2 (c).

По результатам электронной микроскопии выявлено, что микроструктура образцов, полученных из смеси антрацена и хлорида марганца, представляет собой скрученные в рулон перфорированные пленки, которые стыкуются друг с другом боковыми поверхностями (рис.9a). Для улучшения интерпретации структуры край образца был термически разрушен под действием электронного пучка. В результате хорошо выявилось пространственное поперечное сечение образца, слоистое расположение пленок в нем, а также ячеистое строение самих пленок. Размер перфорации на пленках от 0,5 до 2,5 мкм.

Для образцов, полученных из смеси антрацена и хлорида кобальта (рис.9b), наблюдались крупные образования, которые при малом увеличении подобны дендритам, дифракция от них характерна для аморфного состояния. Можно предположить, что такие протяженные «дендриты» образованы из аморфного углерода.

На рис.9с приведена микроструктура образца, полученного из смеси антрацена и хлорида никеля. Наблюдался рост нанокристаллической структуры, которая формируется на дендритах. Образование тубуленов начинается на аморфном углероде. Наночастицы металла, вкрапленные в аморфный углерод, являются основой для роста тубуленов. На частицах металла происходит рост разветвленных структур, так называемых «дендритов», а затем растут тубулены.

Полученные данные по механизму образования металлоуглеродных наноструктур совпадают с результатами по рентгеноэлектронной спектроскопии. Результаты нашей работы также как и данные по электронной микроскопии представляют разные стадии образования тубуленов. Так, например, в случае хлорида марганца образуются только структуры аморфного углерода, представляющие собой основу для дальнейшего процесса роста тубуленов. Вторая стадия образования тубуленов демонстрируется в случае хлорида кобальта. На частицах металла образуются дендритоподобные структуры. Образование и рост нанотрубок идет в случае хлорида никеля на дентритоподобной структуре.

Следовательно, метод РЭС можно использовать для контроля за процессом синтеза наноматериалов.

Полученные закономерности могут способствовать развитию новых направлений в синтезе тубуленов с уникальными свойствами.

Однако в случае антрацена выход нанотрубок был недостаточно велик (~70%), поэтому исследования велись и в других направлениях. Таким направлением стала замена антрацена поливиниловым спиртом. В поливиниловом спирте уже имеются углеродные цепочки, которые могут послужить основой для процесса образования металлоуглеродных нанотрубок. При исследовании образцов методом рентгеноэлектронной спектроскопии отмечены следующие особенности:

1) Закономерности образования С-С связей аналогичны для случая когда использовался антрацен.

2) Отличительной чертой является увеличение составляющей связи Ме-С в C1s спектрах по сравнению с использованием антрацена. В этом случае образуются металлические нанотрубки в углеродной оболочке (рис.10).

(а) (b) Рис.10. Микрофотография (а) и рентгеноэлектронный C1s спектр (b) наноструктур, полученных из поливинилового спирта и хлорида марганца.

Таким образом, установлено, что по содержанию в рентгеноэлектронном спектре С-С и Me-C связей удается осуществлять контроль за процессом синтеза металлоуглеродных нанотрубок. Увеличение содержания С-С связей с определенной sp гибридизацией валентных электронов в C1s спектре коррелирует, согласно данным электронной микроскопии, с ростом металлоуглеродных тубуленов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Расширена область применения метода РЭС для исследований металлоуглеродных кластерных наноматериалов. При этом были установлены:

• способ устранения эффектов зарядки поверхности и материал подложки;

• оптимальные режимы съемки спектров;

• методика идентификации C1s- спектров исследуемых образцов с использованием C1s спектров и сателлитной структуры эталонных образцов с C-C sp2 и sp3 гибридизацией – графит, фуллерен, и углеводороды, и образцов с известной структурой (однослойные и многослойные нанотрубки, аморфный углерод);

• Способ калибровки рентгеноэлектронных спектров по сателлитной структуре C1s спектров;

• Возможность использования сателлитной структуры спектров C1s для определения типа sp- гибридизации валентных электронов атомов углерода металлоуглеродных кластерных наноструктур.

2. Разработанная методика идентификации C1s спектров была использована для усовершенствования технологии изготовления металлоуглеродных нанотрубок, полученных методом низкоэнергетического синтеза.

3. Обнаружена зависимость формирования металлоуглеродных нанотрубок от заполнения электронной 3d-оболочки атомов металлов - катализаторов. При одном и том же составе смеси наблюдается рост C-C связей в ряду Cr-Mn-Co-Ni-Cu, что связано с уменьшением прочности связи металл – ароматическое кольцо.

4. Получена зависимость формирования структуры нанотрубок от состава исходных веществ: увеличение содержания соли 3d- металла в смеси приводит к увеличению С-С связей относительно C-H и C-О связей.

5. Основываясь на результатах рентгеноэлектронной спектроскопии и электронной микроскопии установлено, что относительное содержание С-С и Ме-С связей, тип гибридизации валентных s, p электронов атомов углерода позволяет осуществлять контроль за формированием и ростом тубуленов. Увеличение содержания этих связей в спектре коррелирует, согласно данным электронной микроскопии, с ростом металлоуглеродных тубуленов.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ 1. Кодолов В.И., Николаева О.А., Кузнецов А.П., Шаяхметова Э.Ш., Макарова Л.Г., Волков А.Ю., Волкова Е.Г. Получение углеродметаллсодержащих тубуленов из полимеров, содержащих функциональные группы, в активных средах. // Химическая физика и мезоскопия, 2000, т.2, №2, с.162-170.

2. Kodolov V.I., Kuznetzov A.P., Nikolaeva O.A., Shayakhmetova E.Sh., Makarova L.G., Shabanova I.N., Khokhriakov N.V. and E.G.Volkova. Investigation of metal-carbon tubulenes by X-ray photoelectron spectroscopy and electron microscopy. //Surface and Interface Analysis, 2001, V.32, p.10-14.

3. Кодолов В.И., Шабанова И.Н., Макарова Л.Г., Хохряков Н.В., Кузнецов А.П., Николаева О.А., Керене Я., Яковлев Г.И. Исследование структуры продуктов стимулированной карбонизации ароматических углеводородов. //Журнал структурной химии, 2001, т.42, №2, с.260-264.

4. Kodolov V.I., Kuznetsov A.P., Didik A.A., Makarova L.G., Shabanova I.N., A.Yu. Volkov, E.G. Volkova.

Formation of carbon nanotubes and nanoparticles in the process of stimulated carbonization of aromatic hydrocarbons. // Химическая физика и мезоскопия, 2001, т.3, №1, с.7-12.

5. Kodolov V.I., Nikolaeva O.A., Makarova L.G., A.Yu. Volkov, E.G. Volkova. Possibilities carbonmetalcontaining tubulenes obtaining from polymers containing functional groups in melts and solutions of lamellar mineral active media. // Химическая физика и мезоскопия, 2001, т.3, №1, с.13-19.

6. Kodolov V.I., Shayakhmetova E.Sh., Didik A.A., Makarova L.G., A.Yu. Volkov, E.G. Volkova. Lowtemperature formation method of tubules on aluminium foils. // Химическая физика и мезоскопия, 2001, т.3, №1, с.24-29.

7. Makarova L.G., Shabanova I.N., Kodolov V.I., Kuznetsov A.P., Szargan R., Hallmeier. X-ray photoelectron investigation of carbon cluster systems obtained by low-energetic synthesis. // Химическая физика и мезоскопия, 2001, т.3, №1, с.30-36.

8. Shuklin S.G., Kodolov V.I., Kuznetsov A.P., Bystrov S.G., Makarova L.G., Demicheva O.V., Rudakova T.A. Investigation of epoxy intumescent composites modified by metalcontaining tubules. // Химическая физика и мезоскопия, 2001, т.3, №1, с.37-45.

9. Шабанова И.Н., Макарова Л.Г., Кодолов В.И., Кузнецов А.П. Контроль за образованием металлуглеродных тубуленов методом РЭС. // Химическая физика и мезоскопия, 2002, т.4, №1, с.66-75.

10. Shabanova I.N., Makarova L.G., Kodolov V.I., Kuznetsov A.P. X-ray photoelectron spectroscopy as a method to control the formation of metal-carbon tubules. // Surface and Interface Analysis, 2002, V.34, p.80-83.

11. Николаева О.А., Кодолов В.И., Макарова Л.Г. и др. Синтез и исследование углеродметаллсодержащих наноструктур, полученных из функциональных полимеров. // ФТТ, 2002, т.44, вып.3, с.502-503.

12. Макарова Л.Г., Шабанова И.Н., Кузнецов А.П., Николаева О.А., Кодолов В.И.

Рентгеноэлектронные исследования металло-углеродных тубуленов //Тезисы докладов XYIII научной школы-семинара “Рентгеновские и электронные спектры и химическая связь”, Воронеж, 2000, с.13. Kodolov V.I., Shabanova I.N., Szargan R., Kuznetsov A.P., Nicolaeva O.A., Makarova L.G., Khokhryakov N.V., Volkova E.G., Ferrer S.M., Shajakhmetova E.Sh. Problems of metal-carbon-containing tubes creation: investigation by X-ray photoelectron spectroscopy //

Abstract

Book APSIAC, Beijing, China, 2000, P1-4.

14. Kodolov V.I., Kuznetzov A.P., Nikolaeva O.A., Shajahmetova E.Sh., Makarova L.G., Shabanova I.N.

Investigation of metalcarbon tubulenes by X-ray photoelectron spectroscopy and electron microscopy //Abstract Book AOFA 11, Leipzig, 2000, p.86.

15. Кузнецов А.П., Макарова Л.Г., Кодолов В.И. Синтез углеродных наночастиц в реакциях стимулированной карбонизации ароматических углеводородов //Тезисы докладов всероссийского семинара «Наночастицы и нанохимия», Черноголовка, 2000, с.16. Шуклин С.Г., Кодолов В.И., Кузнецов А.П., Быстров С.Г., Макарова Л.Г., Демичева О.В., Рудакова Т.А. Исследование мoдифицированных эпоксидных вспучивающихся композиций. //Материалы IV Международной конференции «Полимерные материалы пониженной горючести», Волгоград, 2000, с.143-152.

17. Shabanova I.N., Makarova L.G., Kuznetsov A.P., Kodolov V.I. X-ray photoelectron spectroscopy as the method of controlling for the obtained of metal-carbon tubulenes. // Abstract Book ECASIA’2001, Avignon, France, 2001, p.18. Makarova L.G., Shabanova I.N., Kuznetsov A.P., Kodolov V.I. X-ray photoelectron investigation of carbon cluster systems obtained by low-energetic systems. // Book of Abstracts ISMANAM’2001, Ann Arbor, Michigan, 2001, p.19. Makarova L.G., Shabanova I.N., Kuznetsov A.P., Nikolaeva O.A., Kodolov V.I. The influence study of the initial substances concentration on fullerenes forming by XPS method. // Book of Abstracts IWFAC’01, St.

Petersburg, 2001, p.20. Nikolaeva O.A., Kodolov V.I., Makarova L.G., Volkov A.Yu., Volkova E.G. Synthesis and investigation of carbon-metal containing tubulenes obtained from functional polymers. // Book of Abstracts IWFAC’01, St. Petersburg, 2001, p.21. Шаяхметова Э.Ш., Дидик А.А., Кодолов В.И., Макарова Л.Г., Волков А.Ю., Волкова Е.Г.

Низкотемпературное получение углеродметаллсодержащих тубуленов на алюминиевых подложках.

// Тезисы Пятой российской университетско - академической научно – практической конференции, г.Ижевск, 2001, с.22. Николаева О.А., Кодолов В.И., Макарова Л.Г. Синтез и исследование углеродметаллсодержащих наноструктур, полученных из функциональных полимеров. // Тезисы Пятой российской университетско - академической научно – практической конференции, г.Ижевск, 2001, с.23. Шабанова И.Н., Макарова Л.Г., Кузнецов А.П., Кодолов В.И. Применение метода рентгеноэлектронной спектроскопии к изучению структуры металлоуглеродных тубуленов. // Сб.

тезисов докладов Конференции молодых ученых Физико-технического института УрО РАН, Ижевск, 2001, с.24. Makarova L. G., Shabanova I.N., Kuznetsov A.P., Kodolov V.I. X-ray photoelectron studies of sp2 and spconfigurations of valence electron of carbon-metal containing tubules. // Abstract Book of Second International Symposium Physics and Chemistry of carbon Materials, Almaty, Kazakhstan, 2002, p.25. Kodolov V.I., Khokhriakov N.V., Kuznetsov A.P., Didik A.A., Shaiakhmetova E.Sh., Makarova L. G., Volkova E.G., Volkov A.Yu., Volkov V.L. Methods of low-temperature synthesis and investigation of carbon metal containing nanostructures. // Abstract Book of Second International Symposium Physics and Chemistry of carbon Materials, Almaty, Kazakhstan, 2002, p. 298-26. Кодолов В.И., Макарова Л.Г., Шабанова И.Н., Хальмайер К.Х., Волкова Е.Г., Волков А.Ю., Рентгеноэлектронное и электронно-микроскопическое исследование углерод металл содержащих тубуленов, полученных в гель-матрицах. // Материалы конференции «Химия поверхности и нанотехнология», С-Петербург, 2002, с.27. Макарова Л.Г., Шабанова И.Н. Исследование углеродных наноматериалов. // Сб.тезисов докладов Конференции молодых ученых, г.Ижевск, ФТИ УрО РАН, 2002, с.28. Makarova L.G., Shabanova I.N., Kodolov V.I., Kuznetsov А.P. X-ray photoelectron spectroscopy as a method to control the received metal-carbon nanostructures. // Book of Abstracts ICESS’03, Uppsala, Sweden, 2003, p.29. MakarovaL.G., Shabanova I.N., Terebova N.S. X-ray photoelectron study of the metal-carbon tubular systems obtained by two various methods. // Book of Abstracts Vacuum’03, Berlin, Germany, 2003, p.30. Макарова Л.Г., Шабанова И.Н., Кузнецов А.П., Теребова Н.С. Рентгеноэлектронное исследование металлоуглеродных наноструктур, полученных методом низкоэнергетического синтеза. // Сб.докладов ODPO-03, Сочи, Россия, 2003, с.31. Макарова Л.Г., Шабанова И.Н., Кузнецов А.П. Рентгеноэлектронное исследование металлоуглеродных наноструктур, полученных методом низкоэнергетического синтеза. // Сб.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»