Синтез многофункциональных углеродных нанотрубок и исследование их свойств с помощью микроскопии

• Автор: Малиновская, Ольга Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 220 с. : ил.

Оглавление

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1. Методы получения углеродных нанотгуеок

1.2. Исследования структурных характеристик нанотруеок

1.3. Модели образования углеродных нанотрубок

1.4. Свойства нанотруеок различной формы

1.5. Постановка задачи

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕТОДИКА

2.1. Вакуумная установка для приготовления пленок и отжига графитовой бумаги

2.2. Рентгеновский дифракционный анализ
2.3. Просвечивающая электронная микроскопия
2.4. Растровая электронная микроскопия
2.5. Рентгеновский энергодисперсионный микроанализ
2.6. Сканирующая туннельная микроскопия
2.7. Атомно-силовая микроскопия
3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ
3.1. Магнетронный метод
3.2. Токовый отжиг графитовой бумаги
4. ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ОБРАЗЦОВ
4.1. Результаты рентгеновского дифракционного анализа
4.2. Исследование МЕ1 одами просвечивающей электронной микроскопии
4.3. Исследование методами растровой электронной микроскопии
4.4. Исследование методами сканирующей туннельной микроскопии
4.5. Исследование методами атомно-силовой микроскопии
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В

Основные обозначения и сокращения
НТ — нанотрубки
УНТ - углеродные нанотрубки
УНВ — углеродные нановолока
ОСНТ - одностенные нанотрубки
МСНТ — многостенные нанотрубки
ВОНТ — вертикально-ориентированные нанотрубки
СЗМ — сканирующая зондовая микроскопия, сканирующий зондовый микроскоп
СТМ — сканирующая туннельная микроскопия, сканирующий
туннельный микроскоп
АСМ - атомно-силовая микроскопия, атомно-силовой микроскоп
РЭМ — растровая электронная микроскопия, растровый электронный микроскоп
ПЭМ — просвечивающая электронная микроскопия, просвечивающий электронный микроскоп
РДА — рентгеновский дифракционный анализ
ОС - обратная связь
ВАХ— вольтамперная характеристика
ФИП - фокусированный ионный пучок

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность диссертационной работы
Согласно эмпирическому закону Мура - количество транзисторов на кристалле удваивается каждые полтора-два года, что является естественным результатом развития нанотехнологии. Основу наноэлектроники составляют те же самые элементы, что и в микроэлектронике — транзисторы, но с нанометровым размером. Благодаря уникальным проводящим свойствам и структурным особенностям углеродные нанотрубки в данном случае являются идеальными претендентами на роль элементов для электронных схем.
Получение новых наноматериалов позволяет создавать системы фильтрации и опреснения воды, а также фильтры для очистки газов и воздуха, которые применяются как в быту, так и на производстве. Благодаря большой плотности нанотрубок на единицу площади, а так же их адгезионным и антибактериальным свойствам, подобные фильтры намного быстрее и эффективнее проводят очистку жидкостей по сравнению с распространенными сейчас поликарбонатными фильтрами.
В ближайшем будущем планируется использование нанотрубок в промышленных масштабах для получения из них сверхпрочных композиционных материалов с матрицами из пластмасс или металлов. Дело в том, что нанотрубки так же обладают хорошими трибологическими свойствами, т.е. стойкостью к истиранию. Подобные материалы уже используются и будут применяться в самых различных областях: изготовление наиболее важных и подвергаемых истиранию деталей для железнодорожного транспорта, машиностроения и приборостроения; прочных и антибактериальных упаковочных материалов для пищевой промышленности; в металлургии, горнорудной промышленности и углеобогащении; нефтегазодобывающей промышленности, теплоэнергетике,

Рисунок 1.11 Схема использования Y-образных нанотрубок в качестве
зонда [43]
Зонды с нанотрубками прочнее традиционных кремниевых зондов и более пригодны для химической модификации, используемой для электрохимической микроскопии. Кроме того, как утверждают авторы [43], Y-образная форма кончика зонда позволит сканировать недоступные обычным зондом области на поверхности образцов. Зонды были получены одной из модификаций метода газового осаждения. С использованием катализаторов Со и MgO в среде метана при нагревании 800-1000 °С. Подготовка катализатора проводится следующим образом: 0,246 г нитрата гексагидрат кобальта (Со(Г«Юз)2 6Н20, 98 %) смешивают с 40 мл этилового спирта, а затем погружают 2 гр. порошка MgO (сетка, 99 %), полученный с помощью ультразвукового дробления в течение примерно 50 минут. После высыхания порошок прокаливают при температуре 130 °С в течение 14 часов. Для роста углеродных нанотрубок полученный катализатор нагревают до 1000 °С в течение часа с напуском газов Н2 и N2 при давлении около 200 Topp, затем N2 заменяют на СН4, что запускает процесс роста. Рост, как правило, длится около 1 часа. В зависимости от температуры и давления длина нанотрубок