Понятие, методы синтеза и свойства углеродных нано-трубок. Каталитическое разложение углеводородов. Полевая эмиссия и экранирование, топливные элементы, катализаторы, химические сенсоры, квантовые провода, светодиоды. Побочные продукты синтеза фуллерена.
Аннотация к работе
Понятие и свойства нано-трубокВ наши дни технология достигла такого уровня совершенства, что микрокомпоненты становятся все менее используемыми в современной технике, и начинают постепенно вытесняться нано-компонентами. Возникла необходимость освоения нового уровня интеграции - нано-уровня. Решением этой проблемы стало в 1985г. открытие нано-трубок, но изучать их стали только начиная с 1990 г., когда их научились получать в достаточных объемах.Протяженные структуры, состоящие из свернутых гексагональных сеток с атомами углерода в узлах, получили название нано трубок. Открытие нано трубок вызвало большой интерес у исследователей, занимающихся созданием материалов и структур с необычными физико-химическими свойствами. Углеродные нано трубки - полые продолговатые цилиндрические структуры диаметром порядка от единиц до десятков нанометров (длина традиционных нано трубок исчисляется микронами, хотя в лабораториях уже получают структуры длиной порядка миллиметров и даже сантиметров). Идеальная нано трубка - это цилиндр, полученный при свертывании плоской гексагональной сетки графита без швов. Взаимная ориентация гексагональной сетки графита и продольной оси нано трубки определяет очень важную структурную характеристику нано трубки, которая получила на звание хиральности.Наиболее широко распространен метод получения нано-трубок, использующий термическое распыление графитового электрода в плазме дугового разряда, горящей в атмосфере гелия. В дуговом разряде между анодом катодом при напряжении 20-25В стабилизированном постоянном токе дуги 50-100А, межэлектродном расстоянии 0.5-2 мм и давлении Не 100-500 Торр, происходит интенсивное распыление материала анода. Часть продуктов распыления, содержащая графит, сажу, и фуллерены осаждается на охлаждаемых стенках камеры, часть, содержащая графит и многослойные углеродные нано-трубки (МСНТ), осаждается на поверхности катода.В 1995 году появилось сообщение о синтезировании углеродных НТ методом распыления графитовой мишени под воздействием импульсного лазерного излучения в атмосфере инертного (He или Ar) газа. Графитовая мишень находится в кварцевой трубке при температуре 1200ОС, по которой течет буферный газ. Фокусирующийся системой линз лазерный пучок сканирует поверхность графитовой мишени для обеспечения равномерного испарения материала мишени. Получающийся, в результате лазерного испарения, пар попадает в поток инертного газа и выносится из высокотемпературной области в низкотемпературную, где осаждается на охлаждаемой водой медной подложке. Также как и в дуговом методе получается несколько видов конечного материала: 1) в экспериментах, где в качестве мишени использовался чистый графит, получались МСНТ, которые имели длину до 300 нм и состояли из 4-24 графеновых цилиндров.В кварцевую трубку длиной 60 см, внутренним диаметром 4 мм, помещается керамическая лодочка с 20-50 мг катализатора. Смесь ацетилена C2H2 (2,5-10%) и азота прокачивается через трубку в течение нескольких часов при температуре 500-1100ОС. Наружный диаметр свободных от аморфного углерода НТ находился в пределах 25-30 нм, а для НТ, покрытых аморфным углеродом - до 130 нм. Существует два пути получения массивов ориентированных НТ: ориентация уже выросших НТ и рост ориентированных НТ, используя каталитические методы. Подложка помещалась в среду буферного газа и ацетилена, находящихся при температуре 700ОС, где железо катализировало процесс термического распада ацетилена.Основная идея этого метода состоит в том, чтобы получить углеродные НТ, пропуская электрический ток между графитовыми электродами, находящимися в расплавленной ионной соли. Графитовый катод расходуется в процессе реакции и служит источником атомов углерода. Анод представляет собой лодочку, сделанную из высокочистого графита и заполненную хлоридом лития. Лодочка нагревается до температуры плавления хлорида лития (604ОС) на воздухе или в атмосфере инертного газа (аргона). В расплавленный хлорид лития погружается катод и в течение одной минуты между электродами пропускается ток 1-30 А.В методе квазисвободной конденсации пара, углеродный пар образуется в результате резистивного нагрева графитовой ленты и конденсируется на подложку из высокоупорядоченного пиролитического графита, охлаждаемую до температуры 30ОС в вакууме 10-8 Торр.Ученые из IBM разработали метод так называемого «конструктивного разрушения», который позволил им разрушить все металлические нано-трубки и при этом оставить неповрежденными полупроводниковые. То есть они либо последовательно разрушают по одной оболочке в многостенной нано-трубке, либо выборочно разрушают металлические одностенные нано-трубки. Используя саму кремниевую подложку как электрод, ученые «выключают» полупроводниковые нано-трубки, которые просто блокируют прохождение любого тока через себя. После чего к подложке прикладывается подходящее напряжение, разрушающее металлические нано-трубки, в то время как полупроводниковые нано-трубки остаются изолированными.
План
Содержание углеводород химический фуллерен каталитический
Введение
1. Понятие об углеродных нано-трубках
2. Свойства углеродных нано-трубок
3. Методы синтеза углеродных нано-трубок
3.1 Электродуговой метод
3.2 Лазерное распыление
3.3 Каталитическое разложение углеводородов
3.4 Электролитический синтез
3.5 Конденсационный метод
3.6 Метод конструктивного разрушения
4. Практическое использование углеродных нано-трубок
4.1 Полевая эмиссия и экранирование
4.2 Топливные элементы
4.3 Катализаторы
4.4 Химические сенсоры
4.5 Квантовые провода
4.6 Светодиоды
Заключение
Список литературы
Введение
В наши дни технология достигла такого уровня совершенства, что микрокомпоненты становятся все менее используемыми в современной технике, и начинают постепенно вытесняться нано-компонентами. Тем самым подтверждается тенденция к большей миниатюризации электронных приборов. Возникла необходимость освоения нового уровня интеграции - нано-уровня. Вследствие этого появилась потребность в получении транзисторов, проволок с размерами в диапазоне от 1 до 20 нанометров. Решением этой проблемы стало в 1985г. открытие нано-трубок, но изучать их стали только начиная с 1990 г., когда их научились получать в достаточных объемах.
Углеродные нано-трубки (УНТ) - своеобразные цилиндрические молекулы диаметром примерно от половины нанометра и длиной до нескольких микрометров. Эти полимерные системы впервые были обнаружены как побочные продукты синтеза фуллерена С60. Тем не менее, уже сейчас на основе углеродных нано-трубок, создаются электронные устройства нано-метрового (молекулярного) размера. Ожидается, что в обозримом будущем они заменят элементы аналогичного назначения в электронных схемах различных приборов, в том числе современных компьютеров.