Неуглеродные нанотрубки получение свойства и применение реферат

Обновлено: 02.07.2024

Содержание

Введение: 3
Структура нанотрубок: 3
Одностенные нанотрубки: 4
Многостенные нанотрубки: 5
История открытия: 5
Структурные свойства: 5
Электронные свойства графитовой плоскости: 6
Преобразование спектра при сворачивании плоскости в трубку: 7
Учёт взаимодействия электронов: 6
Сверхпроходимость в нанотрубках: 7
Оптические свойства нанотрубок: 7
Возможные применения нанотрубок: 7
Получение углеродных нанотрубок: 8
Токсичность нанотрубок: 9
Создание нанопроводов: 10
Заключение: 11
Список литературы: 12

Вложенные файлы: 1 файл

Углеродные нанотрубки.doc

Структура нанотрубок: 3

Одностенные нанотрубки: 4

Многостенные нанотрубки: 5

История открытия: 5

Структурные свойства: 5

Электронные свойства графитовой плоскости: 6

Преобразование спектра при сворачивании плоскости в трубку: 7

Учёт взаимодействия электронов: 6

Сверхпроходимость в нанотрубках: 7

Оптические свойства нанотрубок: 7

Возможные применения нанотрубок: 7

Получение углеродных нанотрубок: 8

Токсичность нанотрубок: 9

Создание нанопроводов: 10

Список литературы: 12

Нанотрубки могут выступать не только в роли исследуемого материала, но и как инструмент исследования. На основе нанотрубки можно, к примеру, создать микроскопические весы. Берем нанотрубку, определяем (спектроскопическими методами) частоту ее собственных колебаний, затем прикрепляем к ней исследуемый образец и определяем частоту колебаний нагруженной нанотрубки. Эта частота будет меньше частоты колебаний свободной нанотрубки: ведь масса системы увеличилась, а жесткость осталась прежней (вспомните формулу для частоты колебаний груза на пружинке). Например, в работе [2] было обнаружено, что груз уменьшает частоту колебаний с 3.28 МГц до 968 кГц, откуда была получена масса груза 22 +- 8 фг (фемтограмм, т.е. 10-15 грамм!)

Другой пример, когда нанотрубка является частью физического прибора - это "насаживание" ее на острие сканирующего туннельного или атомного силового микроскопа. Обычно такое острие представляет собой остро заточенную вольфрамовую иглу, но по атомным меркам такая заточка все равно достаточно грубая. Нанотрубка же представляет собой идеальную иглу диаметром порядка нескольких атомов. Прикладывая определенное напряжение, можно подхватывать атомы и целые молекулы, находящиеся на подложке непосредственно под иглой, и переносить их с места на место.

Необычные электрические свойства нанотрубок сделают их одним из основных материалов наноэлектроники. Уже сейчас созданы опытные образцы полевых транзисторов на основе одной нанотрубки: прикладывая запирающее напряжение нескольких вольт, ученые научились изменять проводимость однослойных нанотрубок на 5 порядков!

Разработано уже и несколько применений нанотрубок в компьютерной индустрии. Например, созданы и опробованы прототипы тонких плоских дисплеев, работающих на матрице из нанотрубок. Под действием напряжения, прикладываемого к одному из концов нанотрубки, с другого конца начинают испускаться электроны, которые попадают на фосфоресцирующий экран и вызывают свечение пикселя. Получающееся при этом зерно изображения будет фантастически малым: порядка микрона!

Углеродные нанотрубки (тубулены) — это протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров , состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей и заканчивающиеся обычно полусферической головкой, которая может рассматриваться как половина молекулы фуллерена

Для получения нанотрубки (n, m), графитовую плоскость надо разрезать по направлениям пунктирных линий и свернуть вдоль направления вектора R.

Идеальная нанотрубка представляет собой свёрнутую в цилиндр графитовую плоскость, то есть поверхность, выложенную правильными шестиугольниками, в вершинах которых расположены атомы углерода. Результат такой операции зависит от угла ориентации графитовой плоскости относительно оси нанотрубки. Угол ориентации, в свою очередь, задаёт хиральность нанотрубки, которая определяет, в частности, её электрические характеристики

Хиральность нанотрубок обозначается набором символов (m, n), указывающих координаты шестиугольника, который в результате сворачивания плоскости должен совпадать с шестиугольником, находящимся в начале координат.

Другой способ обозначения хиральности состоит в указании угла α между направлением сворачивания нанотрубки и направлением, в котором соседние шестиугольники имеют общую сторону. Однако в этом случае для полного описания геометрии нанотрубки необходимо указать её диаметр. Индексы хиральности однослойной нанотрубки (m, n) однозначным образом определяют её диаметр D. Указанная связь имеет следующий вид:

где d0 = 0,142 нм — расстояние между соседними атомами углерода в графитовой плоскости. Связь между индексами хиральности (m, n) и углом α даётся соотношением:

Среди различных возможных направлений сворачивания нанотрубок выделяются те, для которых совмещение шестиугольника (m, n) с началом координат не требует искажения его структуры. Этим направлениям соответствуют, в частности, углы α = 0 (armchair конфигурация) и α = 30° (zigzag конфигурация). Указанные конфигурации отвечают хиральностям (m, 0) и (2n, n) соответственно.

Структура одностенных (single-walled) нанотрубок, наблюдаемых экспериментально, во многих отношениях отличается от представленной выше идеализированной картины. Прежде всего это касается вершин нанотрубки, форма которых, как следует из наблюдений, далека от идеальной полусферы.

Особое место среди одностенных нанотрубок занимают так называемые armchair-нанотрубки или нанотрубки с хиральностью (10, 10). В нанотрубках такого типа две из С-С-связей, входящих в состав каждого шестичленного кольца, ориентированы параллельно продольной оси трубки. Нанотрубки с подобной структурой должны обладать чисто металлической структурой.

Многостенные (multi-walled) нанотрубки отличаются от одностенных значительно более широким разнообразием форм и конфигураций. Разнообразие структур проявляется как в продольном, так и в поперечном направлении.

Как известно, фуллерен (C60) был открыт группой Смолли, Крото и Кёрла в 1985 г., за что в 1996 г. эти исследователи были удостоены Нобелевской премии по химии. Что касается углеродных нанотрубок, то здесь нельзя назвать точную дату их открытия. Хотя общеизвестным является факт наблюдения структуры многостенных нанотрубок Ииджимой в 1991 г. , существуют более ранние свидетельства открытия углеродных нанотрубок. Так, например в 1974—1975 гг. Эндо и др. опубликовали ряд работ с описанием тонких трубок с диаметром менее 100 Е, приготовленных методом конденсации из паров, однако более детального исследования структуры не было проведено. Группа ученых Института катализа СО АН СССР в 1977 году при изучении зауглероживания железохромовых катализаторов дегидрирования под микроскопом зарегистрировали образование "пустотелых углеродных дендритов", при этом был предложен механизм образования и описано строение стенок. В 1992 в Nature была опубликована статья, в которой утверждалось, что нанотрубки наблюдали в 1953 г. Годом ранее, в 1952, в статье советских учёных Радушкевича и Лукьяновича сообщалось об электронно-микроскопическом наблюдении волокон с диаметром порядка 100 нм, полученных при термическом разложении окиси углерода на железном катализаторе. Эти исследования также не были продолжены.

Существует множество теоретических работ по предсказанию данной аллотропной формы углерода. В работе химик Джонс (Дедалус) размышлял о свёрнутых трубах графита. В работе Л. А. Чернозатонского и др., вышедшую в тот же год, что и работа Ииджимы, были получены и описаны углеродные нанотрубы, а М. Ю. Корнилов не только предсказал существования одностенных углеродных нанотруб в 1986 г., но и высказал предположение об их большой упругости.

упругие свойства; дефекты при превышении критической нагрузки:

— в большинстве случаев представляют собой разрушенную ячейку-гексагон решётки — с образованием пентагона или септагона на её месте. Из специфических особенностей графена следует, что дефектные нанотрубки будут искажаться аналогичным образом, то есть с возникновением выпуклостей (при 5-и) и седловидных поверхностей (при 7-и). Наибольший же интерес в данном случае представляет комбинация данных искажений, особенно расположенных друг напротив друга — это уменьшает прочность нанотрубки, но формирует в её структуре устойчивое искажение, меняющее свойства последней: иными словами, в нанотрубке образуется постоянный изгиб.

открытые и закрытые нанотрубки

Электронные свойства графитовой плоскости:

Обратная решётка, первая зона Бриллюэна

Все точки K первой зоны Бриллюэна отстоят друг от друга на вектор трансляции обратной решётки, поэтому все они на самом деле эквивалентны. Аналогично, эквивалентны все точки K'.

Спектр в приближении сильной связи (См. более подробно Графен)

Спектр углеродной плоскости в первой зоне Бриллюэна. Показана только часть E(k)>0, часть E(k)

Общее состояние исследований в области синтеза и моделирования структуры и электронного строения неуглеродных нанотрубок. Основные геометрические характеристики тубулена. Применение метода сканирующей электронной микроскопии для синтеза нанотрубок.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	20.01.2014
Размер файла	381,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Интенсивное развитие работ по изучению нанотубулярных форм вещества (тубуленов или нанотрубок (НТ)) началось после того, как в 1991 г. в катодном конденсате при электродуговом разряде между графитовыми электродами были обнаружены полые углеродные структуры цилиндрической формы, длина которых на порядки превышала их диаметр. Новый квазиодномерный кластер углерода назвали фуллереновым тубуленом и провели расчет его электронного спектра (ЭС). Оказалось, что исследованная углеродная трубка имеет ЭС, характерный для металлов.

Нанотрубки сразу привлекли повышенное внимание экспериментаторов и теоретиков как представители новой квазиодномерной аллотропной модификации углерода в ряду ранее известных 3D (алмаз) --> 2D (графит) --> 1D (карбин) --> 0D (фуллерен). За прошедшее время НТ из экзотических объектов уникальных экспериментов и теоретических расчетов превратились в предмет крупномасштабных физико-химических исследований, их необычные свойства стали основой многих смелых технологических решений. В настоящее время НТ нашли широкое практическое применение, они стали коммерческим продуктом и предметом маркетинговых исследований.

Сведения о строении, свойствах, методах синтеза и применении углеродных НТ можно найти в огромном числе оригинальных работ, они обобщены в ряде монографий и многих обзорах.

В отечественной научной периодике за последние годы опубликован ряд обзорных работ, в которых обсуждены способы получения и методы исследования свойств углеродных НТ.

Развитие представлений о неуглеродных НТ с самого начала происходило за счет сочетания усилий экспериментаторов (работы по получению НТ, исследованию их функциональных характеристик) и теоретиков (работы по моделированию новых нанотубулярных форм, прогнозированию их структуры и свойств).

В 1992 г. были синтезированы первые не углеродные НТ на основе слоистых дисульфидов молибдена и вольфрама. В 1994 г. была предсказана возможность существования тубуленов на основе гексагонального нитрида бора -- BN-нанотубуленов -- и показано, что их диэлектрические свойства должны быть устойчивы при изменении геометрических характеристик. Этот чрезвычайно важный для развития наноэлектроники прогноз инициировал многочисленные работы по получению таких НТ.

Бор-азотные и дихалькогенидные НТ составили предмет специального анализа.

В настоящей работе описано общее состояние исследований в области синтеза и моделирования структуры и электронного строения не углеродных НТ, получивших наибольшее развитие в последние годы.

Среди последних особенно привлекателен метод химического замещения, в котором углеродные НТ выступают в роли исходного реагента.

Подавляющее большинство не углеродных НТ получено (или прогнозируют получить) на основе веществ, имеющих, подобно углероду, слоистые (квазидвумерные) кристаллические структуры. Поэтому при классификации, описании атомной структуры не углеродных НТ и построении их геометрических моделей широко используют представления и методы, развитые для углеродных НТ. Кратко суммируем те из них, которые будут использованы ниже.

Используя базисные векторы графеновой сетки задают вектор

Рис. 1. Модель образования НТ при свертывании в цилиндр графенового слоя (а) и типы нанотрубок (b).

нанотрубка тубулен электронный

Основные геометрические характеристики тубулена -- диаметр (D) и хиральный угол -- однозначно связаны с базисными векторами графеновой сетки индексами.

В терминах этих индексов соответствующая им НТ обозначается как (n, m)-НТ. Все (n,m)-HT с 0 520 К. Более вероятно замещение аминов на катионы щелочных или щелочноземельных металлов (например, Na + , К + , Mg2 + , Са2 + , Sr2 + ). Такой способ может стать эффективным при модификации свойств УОл-нанотубуленов. Замещение в составе НТ моноаминов на диамины приводит к заметному уменьшению межслоевых расстояний (с 1.6-3.8 до 0.9-1.0А). Образцы композита проявляют полупроводниковые свойства.

Наряду с физическими методами, такими как электродуговой синтез, метод лазерной абляции, особенно популярными при производстве углеродных НТ, все большее значение при получении не углеродных НТ приобретают методы химического синтеза. При этом углеродные НТ в ряде случаев становятся исходным сырьем для синтеза неуглеродных НТ (методы химического замещения, темплатный синтез).

Для современного этапа экспериментальных исследований характерны поисковые работы по получению возможно более широкого круга не углеродных НТ. В большинстве работ описаны процедуры синтеза и приведены характеристики химического состава и морфологии продукта. В то же время исследования физико-химических и функциональных свойств носят эпизодический характер. Они представлены лишь в отдельных работах и далеки от исчерпывающих.

Если для углеродных НТ уже сейчас можно говорить об их неорганической, физической, коллоидной, полимерной и аналитической химии. То выделять различные области химии неуглеродных НТ пока еще рано. На начальной стадии находятся и разработки в области материаловедения неуглеродных НТ. Многие предложения по их практическому использованию основаны на результатах теоретического моделирования и далеки от технологических решений. Массовое производство неуглеродных НТ также пока относится к перспективным задачам.

Подобные документы

Структура и модификации углеродных нанотрубок, способы их получения. Методы исследования углеродных нанотрубок. Экспериментальное определение энтальпии образования углеродных нанотрубок из графита в зависимости от типа полученного углеродного материала.

курсовая работа [5,4 M], добавлен 28.12.2011

Классификация, структурные свойства и возможные отрасли применения нанотрубок. Особенности электрического сопротивления. Возможность создания устройства с высоконелинейными характеристиками включения на основе полупроводниковых одностенных нанотрубок.

реферат [47,5 K], добавлен 21.11.2010

История развития сканирующей туннельной микроскопии. Рассмотрение строения фуллеренов, фуллеритов, углеродных нанотрубок. Характеристика термодинамической модели зарождения и роста кластеров. Изучение магнитных свойств наносистемы оксидов железа.

курсовая работа [2,4 M], добавлен 07.06.2010

Структура одностенных углеродных нанотрубок. Изучение и анализ литературы, связанной с синтезом УНТ. Приготовление подложек, содержащих на своей поверхности катализатор роста. Исследование получаемых образцов. Заключение по аспектам синтеза трубок.

курсовая работа [4,2 M], добавлен 28.03.2012

Изучение строения и принципов работы светового и электронного микроскопов. Рассмотрение методов темного и светлого поля, фазово-контрастной микроскопии, интерференции и поляризации. Витальное фиксированное изучение клеток. Основы электронной микроскопии.

лекция [409,4 K], добавлен 16.05.2014

Основы сканирующей электронной микроскопии. Методические особенности электронно-микроскопического исследования металлических расплавов. Особенности микроскопов, предназначенных для исследования структуры поверхностных слоев металлических расплавов.

реферат [1,5 M], добавлен 11.05.2013

Понятие электронной микроскопии как совокупности методов исследования с помощью электронных микроскопов микроструктур тел, их локального состава. Содержание телевизионного принципа развертки тонкого пучка электронов или ионов по поверхности образца.

Файл "реферат" внутри архива находится в папке "Неуглеродные трубки". Документ из архива "Неуглеродные трубки", который расположен в категории " ". Всё это находится в предмете "основы наноэлектроники и нанотехнологий" из раздела "", которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "рефераты, доклады и презентации", в предмете "основы наноэлектроники и нанотехнологий" в общих файлах.

Онлайн просмотр документа "реферат"

Текст из документа "реферат"

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени Государственный Технический Университет имени Н. Э. Баумана

ФАКУЛЬТЕТ: Машиностроительные Технологии

КАФЕДРА: “Электронные технологии” МТ11

КУРС: “Основы наноэлектроники и нанотехнологий”

Выполнила: Жулёва Т.С.

Преподаватель: Сидорова С.В

1.1 Получение нанотрубок в системе B-C-N 7

1.2 Дихалькогенидные нанотрубки 10

1.3 Оксидные нанотрубки 10

3 Применение 12

Список литературы 17

Интенсивное развитие работ по изучению нанотурбулярных форм вещества (турбуленов или нанотрубок (НТ)) началось в 1991 году, когда были обнаружены полые углеродные структуры цилиндрической формы, длина которых была на порядок больше диаметра, между графитовыми электродами в катодном конденсате при электро-дуговом разряде. Новый квазиодномерный кластер углерода назвали фуллереновым тубуленом и провели расчёт его электронного спектора (ЭС). Исследованная углеродная трубка имеет ЭС, характерный для металлов.

Нанотрубки сразу же привлекли внимание как представители новой квазиодномерной аллотропной модификации углерода в ряду ранее известных 3D – алмаз, 2D – графит, 1D – карбин, 0D – фуллерен.

В настоящее время нанотрубки привлекают все большее внимание ученых, они имеют необычные свойства и находят все более и более широкое применение.

Первые неуглеродные нанотрубки на основе слоистых MoS₂ (дисульфид молибдена) и WS₂ (дисульфид вольфрама) были синтезированы в 1992 г. Неуглеродные нанотрубки (не-УНТ) - полые квазиодномерные структуры диаметром от 5 до 100 нм на основе неорганических веществ и материалов. В настоящее время синтезированы нанотрубки на основе оксидов и сульфидов d - элементов (WS₂, MoS₂, TiO₂, VO_x, CuO, Al₂O₃, SiO₂ и.т.д), а также нитридов (BN).

Все не-УНТ делят на две системы:

1) Переходные наноструктуры, в состав которых входит углерод

2) Дихалькогенидные нанотрубки.

В настоящее время из дихалькогенидных трубок известны MoS₂, WS₂, WSe₂, MoTe₂ и т.д. Такие нанотрубки представляют собой сверхтонкие, в идеале – моноатомные слои, материалы, свернутые в рулон.

Рисунок 1 – Атомарная структура W(Mo)S2 нанотрубок (чёрным цветом обозначены атомы серы, серым – атомы металла)

Некоторые слоистые материалы, в силу асимметричности химических связей, достаточно свободно сворачиваются в такие рулоны самостоятельно, причем единственная проблема при формировании таких структур – это получить свободный, ни с чем не связанный слой вещества атомарной величины.

В частности, наночастицы слоистого соединения WS₂, структура которых показана на рисунке 1, являясь нестабильными в плоской форме, спонтанно формируют закрытую структуру, родственную фуллеренам и УНТ. Такая нестабильность объясняется очень активными химическими связями атомов серы и вольфрама, которые появляются на границе слоев наночастицы. В результате незамкнутый лист WS₂ стремится соединить свои края. Позже подобные частицы были синтезированы из MoS₂. Эти нанообразования получили название неорганических фуллереноподобных структур и неорганических нанотрубок (ННТ). В отличие от графита, который состоит из моноатомных углеродных листов, скрепленных ван-дер-ваальсовыми силами, неорганические двумерные структуры построены из сложенных молекулярных листов. Каждый лист в MoS₂ нанотрубке состоит из слоя молибдена, зажатого между двумя слоями серы. Листы также соединяются силами Ван-дер-Ваальса. Особенность таких трубок: при сворачивании листа получается устойчивая, полностью законченная структура. А трёхмерный кристалл ТiO2, реагируя с раствором щелочи, образует ламинарную двумерную структуру (2D), которая изгибается, чтобы совместить ненасыщенные связи краевых атомов. При дальнейшем закручивании образуется структура в форме свитка или нанотрубка, образованная вставленными друг в друга концентрическими цилиндрами (форма "матрешки"). Обычно продукт представляет собой смесь обеих форм нанотубуленов.
В отличие от углеродных нанотрубок, концы нанотубуленов всегда открыты, что обусловлено механизмом их образования.

Другие материалы не склонны к самопроизвольному сворачиванию и поэтому в настоящее время разрабатываются технологические приемы, позволяющие формировать нанотрубки принудительно.

Существует 3 варианта таких процессов:

1) Гетероэпитаксиальное наращивание тонких слоев материала, из которого мы хотим сформировать нанотрубку, на основании уже имеющейся нанотрубки.

Главный недостаток этого способа заключается в том, что трудно подобрать пару материалов для гетероэпитаксиального наращивания.

Методы эпитаксиального наращивания, под которыми подразумевается ориентированный рост кристаллического слоя вещества на поверхности другого кристалла с воспроизведением кристаллической ориентации подложки, могут быть: вакуумными, газотранспортными, молекулярно-лучевая эпитаксия и некоторые виды их вариации.

2) Одностенные нанотрубки, полученные путем последовательного уменьшения электронным лучом исходного нанопровода. Пример: Золотые и платиновые нанотрубки.

D Pt нанотрубки – 0,48 нм.

3) Основан на выращивании тонкой, напряженной гетероэпитаксиальной структуры, толщиной в несколько монослоев, на плоской подложке, с последующим освобождением этой гетероструктуры от связи с подложкой и сворачиванием в трубку, свиток. 1ML – один монослой.

Процесс сворачивания идет за счет действия межатомных сил в напряженной гетероплёнке.

На In методом гетероэпитаксии выращивается хорошо согласующийся с ним AlAs, затем на эту структуру, методом ГЭ, наращивается слой AsIn. Он имеет параметры кристаллической решетки большие, чем у AlAs и поэтому, когда этот слой наращивается он как бы сжимается. Затем на этот слой опять же методом ГЭ наращивается слой GaAs. Но, в отличие от AsIn, этот слой имеет меньший параметр кристаллической решетки (меньший размер элементарной ячейки) и его, наоборот, растягивает. В результате, когда мы начинаем вытравливать слой AsAl, то освободившаяся структура InAs c AsGa начинает сворачиваться в трубку за счет сил, которые InAs – расширяют, а слой GaAs – стягивают.

1) Диаметр трубок широко варьируется и быть может легко задан набором соответствующих материалов для гетероструктуры.

2) Способ позволяет использовать практически любые материалы (п/п, Ме, диэлектирики) и все их сворачивать в нанотрубки.

3) Хорошее качество и относительно большая длина трубок с однородными по толщине стенками.

4) Метод хорошо стыкуется с технологией интегральных микросхем ИМС.

5) Физические свойства таких нанотрубок определяются материалами исходной гетероструктуры.

Подавляющее большинство неуглеродных НТ получено или прогнозируют получить на основе веществ, имеющих слоистые (квазидвумерные) кристалические структуры, поэтому не-УНТ имеют такую же атомную структуру, как и углеродные нанотрубки, следовательно, рассмотрим

хиральность – различие по свертке графенового листа относительно продольной оси, что влияет на их физические свойства: от полупроводника до проводника с очень низким сопротивлением.

1 – нехиральные зубчатые; 2 – хиральные; 3 – нехиральные зизгзообразные.

Рисунок 2 – Модель образования НТ при свёртывании в цилиндр графеного слоя (а) и типы нанотрубок (в)

Основные геометрические характеристики – диаметр нанотрубки и хиральный угол θ.

Рассмотрим способы получения неуглеродных нанотрубок методами квантовой химии и молекулярной динамики.

Система B-C-N – это нанотрубки, состоящие из атомов В, С, N, эти нанотрубки наиболее близки углеродным тубуленам. Впервые BN-нанотрубки были получены в дуговом разряде (в атмосфере He) между медным катодом и анодом, изготовленным из BN в вольфрамовом корпусе.

Дуговой метод синтеза

Самый распространённый метод получения неуглеродных нанотрубок — синтез в плазме дугового разряда между графитовыми электродами в атмосфере гелия. Типичная схема электродуговой установки для изготовления материала, содержащего нанотрубки и фуллерены, а также другие углеродные образования, показана на рисунке 2.

Рисунок 3 - Схема установки для получения нанотрубок электродуговым методом

В этом методе с помощью электрической дуги высокой мощности происходит испарение мишени, выполняющей роль анода, и сформированной из специальной каталитической смеси. Горение дуги происходит в камере, наполненной буферным газом. Варьируя множество различных параметров, таких как давление и состав буферного газа, состав каталитической смеси, мощность дуги и т.д. можно добиться условий, оптимальных для синтеза нанотрубок.

Модификация этого метода для создания неуглеродных нанотрубок заключается в том, что должны быть предусмотрены способы введения в зону реакции углерода бора и азота. Для этого обычно выбирают соответствующий состав атмосферы и (или) композицию испаряемого электрода.

Некоторое время нанотрубки получали исключительно этим

способом, отличающимся высоким выходом — за день работы на лабораторной установке можно получить несколько граммов — пригодного к применению наноматериала, простотой реализации и использования. К недостаткам, в первую очередь, следует отнести высокую загрязнённость получаемого наноматериала частицами катализатора и углеродом в различной форме. Доля нанотрубок в синтезируемой саже не превышает 20%. Принципиальным ограничением является требование электропроводности испаряемой мишени.

Лазерный метод синтеза

Метод лазерной абляции идеологически схож с электродуговым. В качестве источника тепла используется мощный лазер, работающий в постоянном или импульсном режиме. Это позволяет очень точно контролировать положение точки нагрева и мощность в зоне испарения (рисунок 3).

Это метод испарения под действием лазерного излучения. Мишенью является гексоганальный BN, в камере создаётся высокое высокое давление азота, лазер CO₂.

Как правило, синтезируемые этим методом нанотрубки отличаются более высокой чистотой по сравнению с дуговыми. Данный метод не накладывает никаких ограничений на электропроводность мишени, что значительно облегчает синтез BN-нанотрубок. Недостатком такой системы является её высокая стоимость, сложность, плохая масштабируемость и малое количество получаемого наноматериала в абсолютном исчислении.

Нанотрубка, неорганическая иначе неуглеродная нанотрубка (англ. inorganic nanotube ) — полая квазиодномерная структура диаметром от 5 до 100 нм на основе неорганических веществ и материалов. Первые неуглеродные нанотрубки на основе WS 2 были получены в 1992 г. Нанотрубки WS2 с нанопочками ( нанотрубки декорированные фуллереноподобными частицами)

Слайд 3

Неорганические двумерные структуры построены из сложенных молекулярных листов. Каждый лист в MoS 2 нанотрубке состоит из слоя молибдена, зажатого между двумя слоями серы. Особенность таких трубок: при сворачивании листа получается устойчивая, полностью законченная структура. Неорганическая н анотрубка MoS 2

Слайд 4

Схема установки для получения нанотрубок методом химического осаждения: 1 — кварцевая трубка; 2 — печь; 3 — тигель с катализатором; 4 — поток буферного газа

Слайд 5

Слои самоструктурируются в нанотрубки диаметром до 2 нм. Для ее отделения от подложки используется селективное травление "жертвенного слоя". Технология МЛЭ позволяет: контролировать с высокой точностью толщину наращиваемых слоев получать полупроводниковые трубки с гладкими стенками длиной до нескольких сантиметров с высокой адгезией к кремниевым подложкам встраивать процесс их нанесения в уже существующие микроэлектронные технологии. По технологии самосворачивания изготовлены трубки SiGe /Si, InAs / GaAs, InGaAs / GaAs.

Слайд 6

Другой технологией изготовления ННТ является их получение с основы. С использованием данного метода получены: нанотрубки кремния, оксида кремния, шпинелевые.

Слайд 7

М етод Ленгмюра-Блоджетт.

Слайд 8

Области внедрения новых устройств и приборов : • Акустика и пьезомеханика. • Квазисверхпроводниковые применения. • Магнитотехника. • Механика (упругие и жесткие структуры). • Химия и технология радиоактивных и ядовитых веществ. • Гетероструктуры. • Сенсоры. • Получение квантовых нитей. • Синтез новых веществ в канале многостенной нанотрубки Нанотубулены оксида ванадия (гидротермальный синтез, различные увеличения и общий основной мотив струкуры ).

Слайд 9

Электронные свойства нанотрубок зависят от их структуры, к примеру диаметр нанотрубки влияет на ширину запрещенной зоны. Локальное изменение диаметра трубки, ее деформация или стыковка трубок с разной хиральностью позволяют изменять зонную структуру НТ с индексами хиральности. а) все трубки (n, n) металлические ; б) трубки (n, 0) металлические, если n не кратно трем полупроводниковые (в). ННТ – отдельный класс материалов, изменение спектра свойств которых возможно с использованием традиционных методов: легирования, сочетания слоев, модификации ионными пучками и т.д. Их применение перспективно для оптики и электроники, гибридных систем на чипе, катализа, снижения трения и износа, создания устройств для МЭМС и НЭМС.

Слайд 10

Нанотрубка на основе оксида ванадия, полученная гидротермальной обработкой кристаллического оксида ванадия с гексадециламином-1, использованным в качестве молекулярного темплата. Изучение ННТ позволит также лучше понять природу того, как материал образует стабильные формы на атомном уровне.

Читайте также: