Использование методов диэлектрофореза, физической сорбции, селективного отжига, ионнообменной хроматографии, ультрацентрифугирования, конструктивного разрушения и химического разделения для сепарации углеродных нанотрубок. Расчет динамики нанотрубок.
Аннотация к работе
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университетУглеродные нанотрубки - протяженные цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров состоят из одной или нескольких свернутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей (графенов) и заканчиваются обычно полусферической головкой. Различают металлические и полупроводниковые углеродные нанотрубки Металлические нанотрубки проводят электрический ток при абсолютном нуле температур, в то время как проводимость полупроводниковых трубок равна нулю при абсолютном нуле и возрастает при повышении температуры.В основе этого метода лежит взаимодействия молекул нанотрубок с переменным электрическим полем.Суспензия из нанотрубок и додецилсульфата натрия смешивается с гелем агарозы, на котором адсорбируются полупроводниковые нанотрубки, когда металлические нанотрубки остаются в мицеллах додецилсульфата натрия Рис.В основе этого метода лежит взаимодействие микроволнового излучения с металлическими нанотрубками, которые поглощая излучение, сгорают и образуют аморфный углерод, удаляемый с помощью лазера. Этот процесс необходимо повторить несколько раз, так как после первой проходки количество металлических нанотрубок уменьшается на 30% Рис. В этом методе используется специальная ДНК, которая способна обволакивать углеродные нанотрубки с различной хиральностью. На нанотрубки наносится специальное поверхностно-активное вещество, которое в зависимости от геометрических размеров и проводимости трубок распределяется неравномерно Рис.Данный метод позволяет разрушать все нанотрубки с металлическими свойствами, не трогая при этом полупроводниковые. Углеродная нанотрубка помещается на подложку из оксида кремения, затем по ее краям крепится небольшая установка, состоящая из источника тока, заземления и электродов. Разрушение происходит путем окисления слоев трубок и только при определенной мощности. В зависимости от разрушения слоев меняется и ток, контролируя этот процесс появляется возможность создавать нанотрубки с желаемыми характеристиками, например, можно выбирая диаметр трубки получить желаемую ширину запрещенной зоны.Решение уравнения (1), ? (t), описывает динамическое изменение угла ? между основной осью углеродной нанотрубки и электрическим полем. Момент инерции найдем по формуле (1.1) Является реальной частью выражения, по сути показывающее отношение статической диэлектрической проницаемости диэлектрика с поляризуемостью составляющих его частиц (формула Клаузиуса - Моссотти) (3.1) Где - угловая частота электрического поля и - являются комплексными значениями диэлектрических проницаемостей частицы и среды, а также проводимостей в частице и среде (3.3). У нанотрубок же самый высокий коэффициент поглощения находится в ультрафиолетовом диапазоне, но так как вода не пропускает УФ излучение, то выгоднее использовать излучатель в ИК диапазоне.В данной работе мы рассчитали динамику углеродных нанотрубок в микрофлюидном канале под действием переменного электрического поля, так же показали, что в зависимости от площади затенения нанотрубок возможно проводить оптическую диагностику используя излучатель близкого инфракрасного диапазона для определения количества углеродных нанотрубок с различными металлическими и полупроводниковыми свойствами.
План
Содержание углеродный нанотрубка диэлектрофорез сорбция
Введение
1. Методы сепарации углеродных нанотрубок
1.1 Диэлектрофорез
1.2 Физическая сорбция
1.3 Селективный отжиг
1.4 Ионнообменнаяхромотография
1.5 Ультрацентрифугирование
1.6 Метод конструктивного разрушения
1.7 Метод химического разделения
2. Расчет динамики углеродных нанотрубок
3. Метод сепарации углеродных нанотрубок в микрофлюидном канале