Влияние условий синтеза на морфологию получаемых углеродных наноматериалов
Анализ углеродных материалов, полученных методом электронной сканирующей микроскопии. Образование при пиролизе толуола углеродных нанотрубок, форма и размер которых зависят от давления в системе. Материал, полученный восстановлением двуокиси углерода.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.12.2018 |
| Размер файла | 355,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Краткое сообщение __________________________________________ Вавилов Е.С. и Ковалев И.Н.
Размещено на http://www.allbest.ru/
198 _____ http://butlerov.com/ _____ ©--Butlerov Communications. 2015. Vol.44. No.12. P.196-198. (English Preprint)
Размещено на http://www.allbest.ru/
Влияние условий синтеза на морфологию получаемых углеродных наноматериалов
Углеродные нанотрубки (УНТ) - новый класс углеродных наноматериалов (УНМ) со свойствами, которые значительно отличаются от других форм углерода, таких как графит, алмаз, фуллерен [1]. Благодаря своим уникальным свойствам, углеродные нанотрубки могут найти применение в различных областях [2].
В настоящее время активно ведутся разработки методов получения углеродных нанотрубок и подбор оптимальных параметров для их селективного синтеза. Из уже существующих выделяют следующие научно и практически значимые методы получения УНМ: испарение графита в дуговом разряде, метод лазерного испарения, пиролиз углеводородов [3].
В данной работе за основу взят метод пиролиза ароматических углеводородов в токе инертного газа [4]. Метод реализован при помощи установки изображенной на рис. 1 [5]. Установка представляет собой керамическую трубку с зоной предварительного нагрева и реакционной зоной. Температура контролируется термопарами. В зону предварительного нагрева поместили лодочку с толуолом, в реакционную зону - катализатор.
В процессе синтеза реакционную зону нагревали до 750 оС. Синтез проводили в течение 60-90 мин., при различных давлениях аргона.
Рис. 1. Схема реактора для получения УНТ пиролитическим методом
Другой метод, основан на восстановлении углерода магнием, согласно реакции:
CO2+ 2Mg = С + 2MgO
углерод микроскопия нанотрубка
В реакционную зону помещали керамическую лодочку с порошком магния. Синтез проводили при 800 оС, в смеси аргона и углекислого газа в течение 1.5 часов. Давление аргона составило 0.5 атм, углекислого газа - 0.2 атм.
Продукты синтеза исследовали на сканирующем электронном микроскопе «JEOL» JSM -6460 LV [6], результаты представлены на рис. 2, 3.
а) б)
Рис. 2. Электронно-микроскопическое изображение УНT, полученных при давлении 0.1 атм (а) и 0.25 атм (б), увеличение в 50000 раз
УНТ, полученные пиролитическим методом при давлении 0.1 атм (рис. 2а) отличаются разнообразной формой и размерами, малой длиной и большим диаметром (до 150 нм). Материал, полученный при давлении 0.25 атм (рис. 2б), представляют собой более тонкие и вытянутые трубки, средний диаметр которых составляет - 100 нм, средняя длина - 1.2 мкм.
а) б)
Рис. 3. Электронно-микроскопическое изображение УНT, полученных при давлении 0.4 атм (а) и 0.5 атм(б), увеличение в 20000 раз
Рис. 4. Электронно-микроскопическое изображение УНМ, полученных при помощи восстановления углерода при увеличении х 20000 раз
На рис. 3а приведено изображение материала полученного при давлении 0.4 атм, он представляет собой конгломерат перепутанных УНТ со средним диаметром около 150 нм и длиной до 5 мкм. В материале, полученном при давлении 0.5 атм (рис. 3б) обнаружены нанотрубки, длиной до 2 микрометров и диаметром около 70 нм. Полученные УНТ имеют наилучшее качество. Светлые образования неправильной формы соответствуют частицам никеля.
На рис. 4 приведено изображение углеродного материала, полученного взаимодействием углекислого газа с магнием. Образец имеет развитую поверхность, все вещество является сплошным массивом объединённых частиц неправильной формы и различных размеров.
Для идентификации полученных УНМ были сняты рентгенограммы структур полученных веществ (рис. 5).
Сравнивая полученные рентгенограммы продуктов, можно отметить схожесть структуры нового материала с другими углеродными материалами по соответствующим характерным пикам: 3.4716 ? УНТ, 3.1699 ? сажа, 3.0268 ? активированный уголь.
Больше всего совпадений имеется со структурой УНТ.
Был проведен ряд опытов для исследования адсорбционных свойств полученных углеродных материалов. Адсорбируемую смесь готовили из вакуумного масла и бензола в соотношении 1:10 и дожидались полного смешения без явного раздела фаз. Затем все исследуемые материалы взвешивали и помещали в открытые бюксы. Приготовленную смесь заливали в эксикатор на уровень 1-2 см. Над смесью устанавливали плоскую подставку с небольшими отверстиями. Затем ставили на подставку бюксы с исследуемыми материалами и оставляли на 48 часов. По окончании эксперимента рассчитывали прирост массовой доли компонента смеси в изучаемом продукте, что отражено на гистограмме (рис. 6).
Рис. 5. Сравнение рентгенограмм сажи, активированного угля, новый УНМ, УНТ
Рис. 6. Относительное увеличение массы углеродных материалов при адсорбции бензола
Выводы
1. Разность строения полученных образцов углеродных нанотрубок зависит от давления тока инерционного газа в реакционной зоне. Отслеживается закономерность изменения качества углеродных нанотрубок при повышении давления. Самые короткие структуры получены при давлении 0.1 атм., а самые длинные и вытянутые углеродные нанотрубки, при давлении 0.5 атм.
2. Из результатов исследования следует, что углеродные нанотрубоки, полученные по методике восстановления углерода магнием, адсорбционная способность в два раза больше чем у активированного угля и на порядок больше остальных образцов.
Литература
[1] Харрис П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры: новые материалы XXI века. СПб: Техносфера. 2003. 336с.
[2] Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы: учебное пособие для вузов. М. 2007. 356с.
[3] Витязь П.А, Свидунович Н.А. Основы нанотехнологий и наноматериалов. Минск. 2010. 301с.
[4] Ииджима С.Я. Микротрубки графитоподобного углерода. Лондон: Nature. 1991. 156с.
[5] Ткачев А.Г., Золотухин И.В. Аппаратура и методы синтеза твердотельных наноструктур: Монография. Тамбов: Издательство ТГТУ. 2007. 170c.
[6] Оберлин А., Эндо М., Койяма Т. Электронно-микроскопическое исследование углерода. 1976. 133с.
Размещено на Allbest.ru
...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 28.12.2011Структура 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 28.03.2012Обзор теории взаимодействия вещества с электромагнитными волнами; методы измерения диэлектрических свойств материалов, способов синтеза и углеродных наноструктур. Отработка известных методик измерения диэлектрических свойств для углеродных нанопорошков.
курсовая работа [5,4 M], добавлен 29.02.2012История 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 07.06.2010Классификация, 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 21.11.2010Графит как минерал из класса самородных элементов, одна из аллотропных модификаций углерода, структура его кристаллической решетки, физические и химические свойства. Проведение и результаты исследования композитов на основе углеродных нанотрубок.
дипломная работа [3,5 M], добавлен 22.09.2011Понятие нанообъекта, наноматериала и нанотехнологии. Физические причины специфики наночастиц и наноматериалов. Синтез углеродных наноматериалов. Принцип работы сканирующего туннельного микроскопа. Использование нанотехнологических зондовых машин.
реферат [823,2 K], добавлен 20.01.2012Использование керамического генератора PZT для преобразования автономных микроскопических колебаний консоли, покрытой слоем из углеродных нанотрубок, в ток. Эффект самостоятельных возвратно-поступательных движений, обусловленных поглощением фотонов.
презентация [148,6 K], добавлен 12.04.2011Классификация углеродных нанотрубок, их получение, структурные свойства и возможные применения. Основные принципы работы солнечных батарей. Преобразователи солнечной энергии. Фотоэлектрические преобразователи, гелиоэлектростанции, солнечный коллектор.
реферат [492,8 K], добавлен 25.05.2014Кинетика химических реакций и массообмена пористых углеродных частиц с газами с учетом эндотермической реакции и стефановского течения. Влияние температуры и диаметра частицы на кинетику химических реакций и тепломассообмен углеродной частицы с газами.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 14.03.2008Принципы численного моделирования влияния пор на физико-механические свойства материалов. Разработка элементной модели углепластика, содержащей дефект в виде поры на границе волокно-матрица. Построение такой модели в программном комплексе ANSYS.
дипломная работа [4,5 M], добавлен 21.09.2017Общие характеристики перезаряжаемых источников электрического тока. Конденсаторы с двойным электрическим слоем. Конструкция экспериментальных образцов ионисторов, технология их изготовления. Сравнительная характеристика экспериментальных образцов.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 21.06.2012Изучение 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 16.05.2014Исследование направлений использования метода ионного легирования углеродных наноструктур. Характеристика ионной имплантации и её применения в технологии СБИС. Расчет профиля распределения примеси при ионной имплантации бора различных энергий в кремний.
реферат [556,8 K], добавлен 18.05.2011Понятие 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.
презентация [3,1 M], добавлен 22.08.2015Изучение свойств графита и структуры однослойных нанотруб. Квантовые поправки к проводимости невзаимодействующих электронов. Эффекты слабой локализации в присутствии магнитного поля. Взаимодействие в куперовском канале в присутствии магнитного поля.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 20.10.2011Основы 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 11.05.2013Создание запаса энергии за короткое время с помощью электрохимических конденсаторов. Основные виды суперконденсаторов. Структура и свойства электродного материала на основе нанопористого углерода в зависимости от технологических особенностей синтеза.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 20.01.2014Структура межзеренных границ наноструктурированных материалов и сверхпластичность наноструктур. Сущность закона Хола-Петча. Дефекты в наноструктурированных материалах. Влияние границ раздела на механические свойства нанокристаллических наноматериалов.
курсовая работа [838,1 K], добавлен 21.09.2013Описание экспериментальной установки, принцип измерения давления воздуха и определение его оптимального значения. Составление журнала наблюдения и анализ полученных данных. Вычисление барометрического давления аналитическим и графическим методом.
лабораторная работа [59,4 K], добавлен 06.05.2014
