WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Нанотрубки исследовались методами атомно-силовой микроскопии (рис. 8а). Подготовка образцов производилась по стандартной методике. Полученный композит помещался в мкость с 2пропанолом, и ультразвуком диспергировался до образования метастабильного коллоидного раствора. Коллоид наносился шприцом на очищенную поверхность термически окисленной кремниевой подложки. Затем образец отжигался в вакууме при давлении 1 кПа и температуре 300 °С, после чего исследовался на атомно-силовом микроскопе.

Методика исследования нанотрубок атомно-силовой микроскопией не является ресурсозатратной для получения качественного изображения. Однако эта методика не лишена недоста тков, которые связаны с разрушением нанотрубного материала в процессе пробоподготовки.

УНТ исследовались также методами просвечивающей (ПЭМ) (рис. 8в) и растровой (РЭМ) электронной микроскопии (рис. 8б), а также методами Оже-спектроскопии. Для этих методов образцы готовились двумя способами. Первый - металлическим лезвием соскабливался нагар и помещался на медную сетку. Второй - лезвием соскабливался нагар и диспергировался в 2-пропаноле ультразвуком до образования коллоидного раствора, который наносился на медную сетку.

Методы электронной микроскопии весьма информативны, они показывают геометрические параметры УНТ, а также их структуру, структурные особенности и элементный состав.

Высокая информативность методов ПЭМ позволяет различать в углеродных нанотрубках полости, а также кристаллические плоскости, по структуре и расположению которых можно судить о свойствах углеродных нанотрубок. Была обнаружена тенденция к увеличению внутреннего диаметра углеродных нанотрубок и упорядоченности их стенок с ростом температуры синтеза. Предположительно увеличение упорядоченности стенок УНТ, с ростом температуры синтеза связано с низкой термодинамической устойчивостью дефектов при высоких температурах. Кроме того, исследования методом ПЭМ показали, что атмосферный отжиг при 500 °С в течение 5 минут существенно разрушает стенки углеродных волокон.

а б в г Рис. 8. Исследования УНТ различными методиками. а- АСМ-топография УНТ, б-РЭМ-изображение нанотрубного материала, в- коллаж из светлопольного ПЭМ изображения нанотрубки, е же негатива темнопольного изображения и электронограммы с указанием зажжнного рефлекса, г- диаграмма отражений рентгеновских лучей в зависимости от угла их падения на образец с углеродными нанотрубками.

Для получения общей характеристики структуры макрообразца использовались методы рентгеноструктурного анализа (рис. 8г).

Исследования проводились на рентгеновском дифрактометре ДРОН-4.

Материал УНТ диспергировался в 2-пропаноле и наносился на аморфную подложку в область специальной выемки. Получившаяся плнка облучалась под углами в диапазоне от 5 до 85 градусов. Для получения рентгенограммы использовалось излучение CuK длиной волны 1,54.

Получаемая рентгенограмма указывает на наличие высокоупорядоченной структуры графита в образце. Недостатком такого метода является низкая информативность и неотличимость спектра от графита.

Так же были выявлены общие свойства материала, который представляет собой целостную полупрозрачную плнку или чрные хлопья, имеющие высокую адгезию, являются термически стойкими до 500 °С в воздухе, химически стойкими в щелочах и большинстве кислот; окисляются в HNO3, а также имеют магнитную восприимчивость, достаточную для сепарации материала от сажи.

Углерод в азотной кислоте медленно окисляется с образованием углекислого газа. УНТ, содержащие частицы катализатора, реагируют в азотной кислоте с активным выделением NO2, что характерно для взаимодействия металла с концентрированной азотной кислотой.

Причм наблюдается сначала некоторый застой – отсутствие реакции, и только через некоторое время активное выделение диоксида азота.

Частицы металла-катализатора внутри УНТ после окисления углеродных слов нанотрубки в HNO3 начинают взаимодействовать с кислотой чрезвычайно активно, с выделением диоксида азота.

Поскольку такая реакция является специфичной только для углеродного материала, содержащего нанотрубки, то е можно использовать для качественной оценки наличия УНТ в углеродном материале. При этом в остаточном растворе необходимо провести качественную реакцию на наличие металла-катализатора, чтобы исключить взрывное горение сажи.

На основании описанных свойств и проведнных исследований предлагается качественная реакция на УНТ, состоящая из двух этапов.

1.-Подготовка, которая заключается в диспергировании нанотрубного материала в 2-пропаноле в ультразвуке до получения однородного раствора.

2.-Реакция проводится с разогретой дисперсией, в жидкость добавляется концентрированная HNO3, и после окончания бурной реакции с выделением диоксида азота оставшиеся нанотрубки удаляются, а с жидкостью проводится качественная реакция на ионы катализатора, на котором растили УНТ.

В пятой главе описывается практическое применение производимых УНТ.

При работе с однослойными УНТ в цеолите полученную композитную структуру было предложено рассматривать как самодостаточный материал.

В полученном материале и было обнаружено, что цеолит, модифицированный УНТ, не создат коллоидных растворов в концентрированной соляной кислоте, что указывает на увеличенную химическую стойкость. Исследования пористости методом анализа изотерм адсорбции азота показали, что удельный объм сорбированного азота уменьшился почти в два раза, что указывает на то, что внутри большинства пор выросли УНТ, и оставшийся объм пор стал диаметром меньше кинетического диаметра молекулы азота.

УНТ считаются перспективными материалами в качестве упрочняющей присадки к полимерам. Особого внимания заслуживают нанокомпозиты, полимерной матрицей которы х являются белки, т.к.

они имеют огромное значение для медицины в качестве лазерного припоя и частичного протезирования хрящевой ткани. Было показано, что тврдость чистого альбумина равна 50±4 кг/см2 а тврдость нанокомпозита с УНТ 180±40 кг/см2. Биосовместимость нанокомпозита исследовалась in vivo на ушном хряще кролика Oryctolagus cuniculus.

При этом у испытуемого животного не наблюдалось никаких аномалий ни при заживлении ран, ни в течение последующего жизненного цикла.

Кроме того, заживление протезированного участка происходило быстрее, чем при обычном залечивании.

На основе предлагаемой технологии роста УНТ можно получать мембраны пористого анодного оксида алюминия (ПАОА) с УНТ в порах. Была разработана методика получения таких мембран и исследован их коэффициент пропускания в диапазоне от 350 до нм, который представляет пропорциональную зависимость от длины волны, линейную в диапазоне 1100 до 2500 нм.

Известно, что КПД солнечных элементов со сверхтонким поглощающим слоем зависит от рекомбинации на границах раздела между активными слоями и величиной их сопротивления. Одним из решений по снижению последовательного сопротивления в слое акцептора электронов – оксида титана, может служить добавление проводящих частиц в получаемые слои. Было предложено использовать в качестве материала для снижения последовательного сопротивления проводящие углеродные нанотрубки. Полученные данные указывают, что уже при низких концентрациях углеродных нанотрубок в слое TiOвидно увеличение КПД солнечного элемента с 1,7 до 2,3% ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Предложена конструкция установки для синтеза УНТ методом каталитического пиролиза этанола с вертикальным напуском и осесимметричным потоком ПГС, которая предполагает возможность производства углеродных нанотрубок и нановолокон как на катализаторах произвольной формы, так и на пластинах диаметром до 80 мм, с предварительно сформированным рисунком катализатора.

2. Выявлены основные этапы реакции синтеза УНТ, где показано, что углерод, из которого состоит УНТ, образуется по совокупности реакций термоокислительного разложения спирта и диспропорционирования угарного газа с последующим растворением углерода в катализаторе, из которого затем растт УНТ.

3. На основе математических моделей и экспериментальных данных, показано, что движение газа в целом, во время технологического процесса в натекателе и камере установки подобно ламинарному, критерий подобия Рейнольдса соответственно равен 0,61 и 0,соответственно.

4. Сформулирован принцип выбора катализатора для синтеза УНТ методом каталитического пиролиза этанола, заключающийся в удовлетворении требований по величине удельной поверхности, химической стойкости, растворимости углерода в катализаторе и адсорбции на нм монооксида углерода. На основе этого принципа были разработаны катализаторы для роста УНТ на основе аммиачных комплексов переходных металлов и катализаторы для латерального роста.

5. Определены все основные технологические диапазоны синтеза УНТ в технологии каталитического пиролиза этанола: диапазон давлений ПГС 5-20 кПа, диапазон температур синтеза 550-900 °С и диапазон геометрических параметров углеродных нанотрубок, получаемых по данной технологии (длины УНТ – до 50 мкм, диаметры УНТ – от 1 нм).

6. На основе представлений о поверхностной диффузии сформулирована концепция синтеза однослойных УНТ основанная на подавлении спекания наночастиц различными методами, например их дистанцирования друг от друга или фиксировании их положения внешним воздействием.

7. На базе разработанной технологии синтеза УНТ и катализаторов предложены ряд методик подтверждающих е практическую ценность, такие как формирование УНТ в пористых матрицах, включающая заполнение пор золь-гель катализатором на основе аммиачных комплексов переходных металлов, лазерное формирование биосовместимых композитов на основе УНТ и альбумина, формирования композитных фотоэлектродов на основе УНТ и TiO2, а также предложена структура сенсора на основе осциллирующих волокон.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Горшков К.В., Симунин М.М. Аспекты технологии получения наноструктурированного углерода методом химического осаждения из газовой фазы // «Микроэлектроника и Информатика» Тезисы докладов. М.: МИЭТ, 2005, - С. 40.

2. Акснов А.И., Симунин М.М. Химические сенсоры на основе углеродных нанотрубок // Материалы Международной научно-технической школы-конференции «Молодые ученые – науке, технологиям и профессиональному образованию в электронике» 26-30 сентября 2005 г., г. Москва. – М.: МИРЭА, 2005, часть 1. – С. 275.

3. Акснов А.И., Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Симунин М.М. Химические сенсоры на основе пучков углеродных нанотрубок для обнаружения низких концентраций хлора в атмосфере // «Нано- и Микросистемная техника» 2005 №С. 12-15.

4. Симунин М.М. Выращивание углеродных волокон на плночных катализаторах методом пиролиза из газовой фазы этанола // «Микроэлектроника и Информатика» Тезисы докладов. М.: МИЭТ, 2006, - С. 58.

5. Акснов А.И., Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Симунин М.М. Температурная зависимость электрического сопротивления структур на основе углеродных нанотрубок в атмосферных условиях // «Датчики и системы» 2006. №9. C. 60-63.

6. Симунин М.М. Исследования образцов углеродных нанотрубок, полученных методом каталитического пиролиза из газовой фазы этанола // Материалы Международной научно-технической школы-конференции «Молодые ученые – науке, технологиям и профессиональному образованию в электронике» 5-9 декабря 2006 г., г. Москва. – М.: МИРЭА, 2006, часть 2. – С. 35-37.

7. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Симунин М.М. Технология производства углеродных нанотрубок методом каталитического пиролиза из газовой фазы этанола // «Химическая технология» 2007 №2 С.58-62.

8. Бараш С.В., Горшков К.В., Симунин М.М. Оценка динамики парогазовой смеси во время реакции в установке каталитического пиролиза этанола // Нанотехнологии в электронике: Сборник научных трудов // Под. ред. А.А. Горбацевича. – М.: МИЭТ, 2007. – 168 с.: ил. - С. 80-87.

9. Комаров И.А., Симунин М.М., Шлегель И.В. Методики производства углеродных нанотрубок каталитическим пиролизом этанола // Нанотехнологии в электронике:

Сборник научных трудов // Под. ред. А.А. Горбацевича. – М.: МИЭТ, 2007. – 168 с.:

ил. - С. 88-92.

10. Горшков К.В., Симунин М.М. Установка для получения углеродных нанотрубок методом каталитического пиролиза из газовой фазы этанола // Нанотехнологии в электронике: Сборник научных трудов // Под. ред. А.А. Горбацевича. – М.: МИЭТ, 2007. – 168 с.: ил. - С. 93-98.

11. Бобринецкий И.И., Симунин М.М., Неволин В.К. Влияние сорбции паров спирта на проводимость структур на основе углеродных нанотрубок // Нано- и микросистемная техника. 2007. №5. С. 29-33.

12. Bobrinetskii I.I., Nevolin V.K., Simunin M.M., Khartov S.V. Carbon nanotube chemical ethanol vapour th growth methods for application in electronics and nanomechanics // Book of Abstracts 8 Biennial International Workshop Fullerenes and Atomic Clusters” St.

Petersburg 2007 P. 202.

13. Бобринецкий И.И., Кукин В.Н., Неволин В.К., Симунин М.М. Исследование углеродного наноматериала методами атомно-силовой и электронной микроскопии // Известия вузов. Электроника. №4. 2007. С. 3-6.

14. Подгаецкий В.М., Савранский В.В., Симунин М.М., Кононов М.А. Получение объмных нанокомпозиций на основе водного раствора альбумина под действием лазерного излучения // Квантовая электроника 2007 37 №9 С. 801-803.

15. Хартов С.В., Симунин М.М. Селективный датчик газов на основе системы осциллирующих углеродных нанотрубок // Электроника – 2007 Всероссийская молоджная конференция 2007 С. 13.

16. Неволин В.К., Бобринецкий И.И., Симунин М.М., Строганов А.А., Горшков К.В.

Учебно-исследовательский нанотехнологический комплекс // Российские нанотехнологии т. 3 №3-4 2008 С. 173-175.

17. Комаров И.А., Симунин М.М. Формирование наночастиц катализатора для роста углеродных нанотрубок в задачах электроники // «Микроэлектроника и Информатика» Тезисы докладов. М.: МИЭТ, 2008, - С. 11.

18. Агеева С.А., Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Симунин М.М., Подгаецкий В.М., Селищев С.В., Савранский В.В., Кононов М.А. Объмный альбуминовый композит на основе нанотрубок, получаемый действием непрерывного лазерного излучения // Известия ВУЗов «Электроника №5 2008 С. 33-40».

19. Симунин М.М. Методы приготовления катализаторов для роста углеродных нанотрубок методом каталитического пиролиза этанола // Микроэлектроника и наноинженерия – 2008 Международная научно-техническая конференция Тезисы докладов Москва 2008 С. 85-86.

20. Катаев Э.Ю., Симунин М.М., Строганов А.А. Газодинамические расчты в установке CVDomna методом конечных объмов // Наноиндустрия №2. 2009. С. 14-17.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






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