CVD–технология получения нанотрубок (метод химического осаждения из паровой фазы — chemical vapor deposition).




Метод лазерного испарения.


При использовании этого метода происходит испарение образца графита с помощью мощного лазерного импульса в парах инертного газа аргона. Образец заключен в прочную кварцевую трубку, которая дополнительно подвергается нагреву в муфельной печи до температуры 1200 °С.
Внутри трубки за пределами горячей области находится охлаждаемый водой медный коллектор, на котором и происходит осаждение растущих нанотрубок. В качестве катализатора на поверхность мишени наносят некоторое количество кобальта и никеля. Атомы углерода, выбрасываемые внутрь кварцевой трубки после каждой вспышки лазера, подхватываются потоком инертного газа и переносятся к медному коллектору, на котором и происходит окончательное образование нанотрубок. Средний диаметр нанотрубок, получаемых этим методом, около 10–20 нм, а длина не превышает 100 микрон.

Рис. 5. Схема установки для получения нанотрубок методом лазерного испарения

Технология получения нанотрубок с использованием вольтовой дуги.


Этот метод заключается в том, что нанотрубки получают, зажигая дугу между двумя графитовыми электродами, находящимися друг от друга на расстоянии 1 мм. Электроды погружены в атмосферу гелия под давлением порядка 500 Торр. Напряжение зажигания разряда составляет величину порядка 20–25 В. Нанотрубки осаждаются на отрицательном электроде, при этом положительный электрод покрывают частицами катализатора.
В качестве катализаторов в зависимости от вида техпроцесса могут использоваться не только кобальт или никель, но также железо, молибден, золото, иттрий и многие другие металлы [6]. Общепринято представление о том, что частицы катализатора служат зародышами образования нанотрубок, но относительно конкретного механизма воздействия частиц катализатора единого мнения нет. Согласно одной из гипотез, атомы катализатора, подобно скутеру, обегают растущую нанотрубку по диаметру и способствуют присоединению к ней новых атомов углерода слой за слоем.
Следует отметить, что без катализатора также возможно образование нанотрубок, но они в большинстве случаев получаются многослойными (то есть вложенными одна в другую). В любом случае, в процессе синтеза обычно получается смесь нанотрубок разных типов и в различных пропорциях, которую нужно дополнительно разделять для получения заданного типа нанотрубок в чистом виде.

CVD–технология получения нанотрубок (метод химического осаждения из паровой фазы — chemical vapor deposition).


Данный метод в настоящее время считается наиболее перспективным, поскольку позволяет получать готовый продукт в непрерывном режиме и допускает более гибкое управление параметрами техпроцесса. Схема технологического процесса показана на рис. 6.
Принцип действия установки основан на термическом разложении метана или другого углеродсодержащего газа и осаждении атомов углерода на более холодной подложке, покрытой частицами катализатора. Под воздействием катализатора на подложке происходит рост нанотрубок. Подложка помещена в емкость, разогреваемую каким–либо способом до рабочей температуры процесса 1100 °С.
Использование чистого метана в качестве исходного сырья не позволяет организовать стабильный технологический цикл производства нанотрубок, поскольку в результате термического разложения метана на подложке осаждаются не только нанотрубки, но также большое количество аморфных соединений углерода, которые покрывают частицы катализатора и тем самым инактивируют их, прерывая процесс роста нанотрубок. Для борьбы с этим явлением группа японских ученых в 2004 году предложила добавлять в состав газовой смеси пары воды из расчета 1/10 000 часть водяного пара на остальные части газовой смеси, в число которых кроме метана могут также входить какие–либо инертные газы. В результате добавления водяного пара аморфный углерод стал эффективно связываться, оставляя частицы катализатора в активном состоянии, что позволило организовать непрерывный цикл получения нанотрубок. Кроме того, добавление водяного пара также позволило улучшить характеристики получаемого продукта. В частности, удалось получить более упорядоченные пакеты нанотрубок.

Рис. 6. Схема технологического процесса получения углеродных нанотрубок методом CVD

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-04-14 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: