Влияние фазового состояния катализатора и электрических полей на синтез углеродных нановолокон и нанотрубок

• Автор: Смовж, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Литературный обзор
1.1 Аллотропные формы углерода
1.1.1 Основные формы углерода
1.1.2 Углеродные нановолокна
1.1.3 Фуллерены
1.1.4 Углеродные нанотрубки
1.2 Свойства углеродных нанотрубок
1.2.1 Угол хиральности и диаметр нанотрубок
1.2.2 Электронная структура нанотрубок
1.2.3 Механические свойства нанотрубок
1.3 Методы синтеза углеродных нанотрубок
1.3.1 Метод лазерной абляции
1.3.2 Термическое разложение углеводородов
1.3.3 Термическое разложение углеводородов в присутствии плазмы
1.3.4 HiPCO
1.4 Механизм роста углеродных наноструктур
1.5 Фазовые превращения в наночастицах
1.6 Методы синтеза напочастиц металлов
1.7 Диаграмма состояния железо - углерод
1.8 Реакция каталитического пиролиза углерода на металлическом катализаторе
1.9 Методы исследования углеродных наноструктур
1.9.1 Просвечивающая электронная микроскопия
1.9.2 Сканирующая электронная микроскопия
1.9.3 Спектроскопия комбинационного рассеяния

Глава 2. Влияние разделения фаз в сплаве Рс-18Сг-10№ (нержавеющей стали) на
каталитическую активность при синтезе углеродных нановолокон
2.1 Экспериментальная установка
2.2 Материал, осаждающийся на стенках реактора
2.3 Влияние предварительного отжига материала на скорость синтеза углеродных наноструктур
2.4 Влияние температуры синтеза
2.5 Процент переработки углеводородов
2.6 Зависимость массового выхода от времени
2.7 Статистические исследования параметров углеродных нановолокон синтезированных при различных условиях
2.8 Различные содержания пентакарбонила в смеси
2.9 Структура материала, образующегося в газовой фазе
2.10 Различные вводы газов. Охлаждаемый ввод Аг + Аг/Ре(С05) либо СМЬ + Н2 + Аг/Те(С05)
2.11 Термогравиметрический анализ материала
2.12 Фазовый состав нержавеющей стали и его влияние на каталитическую активность при разложении ацетилена
2.13 Выводы
Глава 3. Формирование металлических кластеров в газовой фазе в условиях синтеза углеродных нанотрубок
3.1 Экспериментальная установка
3.2 Формирование каталитических частиц при синтезе углеродных нанотрубок
3.3 Результаты экспериментов
3.4 Функция распределения кластеров железа по размеру
3.5 Обсуждение результатов
3.6 Спектроскопия комбинационного рассеяния

3.7 Выводы
Глава 4. Синтез углеродных нанотруб методом термического каталитического разложения углеводородов. Влияние электрических полей и плазменной активации углеводородов на синтез углеродных нанотруб
4.1 Экспериментальная установка
4.2 Параметры разряда с полым катодом
4.3 Конвективные потоки в камере
4.4 Синтез углеродных нанотрубок
4.5 Термическое разложение углеводородов
4.6 Термическое разложение углеводородов в плазме газового разряда с полым катодом
4.7 Влияние электрического ноля на синтез углеродных нанотрубок
4.7.1 Волътамперные характеристика разряда с центральным и цилиндрическим
электродами
4.7.2 Синтез углеродных нанотрубок в электрическом поле
4.8 Влияние электрических полей на частицы катализатора
4.9 Синтез углеродных нанотрубок в условиях газового разряда с центральным и
цилиндрическим электродами
4.10 Исследование параметров синтезированных нанотруб методом комбинационной спектроскопии
4.11 Обсуждение
4.11.1 Сила сопротивления действующая на наночастицу
4.11.2 Диэлектрофорез
4.11.3 Электрическое поле в реакторе
4.11.4 Заряд частицы в газовом разряде
4.11.5 Баланс сил

1.8 Реакция каталитического пиролиза углерода на металлическом катализаторе
Процесс образования графита из аморфного углерода протекает с выделением энергии, данная реакция:
характеризуется сродством А — -АРи2кДж/моль, где АР - изменение энергии Гиббса, что намного превышает значение К’Г при температурах ниже 1000 К, и протекает через промежуточное растворение углерода в металлической наночастице катализатора (Рис.
Рис. 12. Схема каталитической графитизации аморфного углерода в присутствии наночастицы металла (Стрелка вверху указывает направление движения флуидизированной частицы) [39]
Поскольку в ходе графитизации стационарный химический потенциал рс углерода, растворенного в металле, с необходимостью должен подчиняться условию:
стационарная концентрация углерода в металле оказывается намного выше концентрации углерода в эвтектическом растворе, характерном для равновесия: С(графит) = С(раствор в металле). Эвтектика означает установление термодинамического равновесия раствора с графитом, а не с более энергонасыщенными формами углерода, например с аморфным углеродом.
Если лимитирующей стадией процесса каталитической графитизации является образование частичек графита из углерода, растворенного в металле, можно полагать, что рС
С (аморфный) ——> С (графит),
12).

Раствор С в металле
рС (аморф) > рС (раствор) > рС (графит),