Плотность, проводимость и термо-э.д.с. компактированных углеродных нановолокон

• Автор: Ушакова, Анна Евгеньевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 113 с. : ил.

1 Литературный обзор

1.1 Методы получения углеродных наноструктур

1.1.1 Электродуговое распыление графита

1.1.2 Лазерный синтез

1.1.3 Каталитическое разложение углеводородов

1.2 Структура углеродных нанотрубок и нановолокон

1.2.1 Однослойные углеродные нанотрубки

1.2.2 Многослойные углеродные нанотрубки

1.2.3 Углеродные нановолокна

1.3 Поверхностная и объемная плотность поверхностных углеродных структур

1.4 Фрактальность

1.5 Свойства углеродных нанотрубок
1.5.1 Электрические свойства
1.5.2 Термоэлектрические свойства
1.6 Механизмы электропроводности в неупорядоченных наноструктурах
2 Методика эксперимента
2.1 Определение плотности углеродных нанотрубок и нановолокон
2.1.1 Пикнометрический метод
2.1.2 Определение плотности фрактальных агрегатов
2.2 Измерение удельной проводимости
2.4 Измерение термоэлектродвижущей силы
2.5 Погрешности измерения проводимости и термо-э.д.с
3 Экспериментальные результаты и их обсуждение
3.1 Плотность углеродных нанотрубок и нановолокон
3.2 Проводимость скомпактированных углеродных
нановолокон и нанотрубок

3.3 Термо-э.д.с. скомпактированных углеродных
нановолокон и нанотрубок
Основные результаты и выводы
Благодарность
Список литературы

Акгуальность темы.
Нанотехнология становится главным и многообещающим направлением, которое определяет научные и практические интересы мирового сообщества. В настоящее время одной из наиболее важных и интересных как в теоретическом, так и практическом плане является область нанотехнологии, связанная с методами получения и исследования физических свойств углеродных нанотрубок (УНТ) и углеродных нановолокон (УНВ). Всеобщий интерес вызван необычными свойствами углеродных нанотрубок и нановолокон. Необычны в первую очередь транспортные свойства углеродных нанотрубок: квантовая и баллистическая проводимость, сверхвысокая плотность тока 109 — 1010 А-см'2 при комнатной температуре, холодная эмиссия электронов, обусловленная наногеометрическими размерами вершин углеродных нанотрубок и нановолокон, которые обеспечивают высокие значения электрических полей (£ = 101(| В см') при низких приложенных напряжениях. Немногочисленные результаты по изучению термо-э.д.с. на скомпактированных из углеродных нанотрубок матах показывают, что термоэлементы на основе углеродных нанотрубок и нановолокон будут иметь более высокие энергетические характеристики по сравнению с графитом и другими углеродными структурами. Возникает необходимость выяснить, какими же транспортными свойствами (электропроводность и термо-э.д.с.) обладают скомпактированные структуры УНВ и возможные области использования этих объектов для решения некоторых инженерных задач.
С момента получения УНТ и УНВ прошло уже 15 лет, тем не менее многие вопросы, связанные со свойствами скомпактированных из них структур, остаются не изученными. Не так давно выяснилось, что сразу же после получения между отдельными нанотрубками и нановолокнами начинают действовать силы Ван-дер-Ваальса, приводящие к образованию макроскопических хлопьевидных и более плотных фрактальных структур,

Одними из часто встречающихся типов углеродных структур являются неоднородные волокна, которые, как правило, имеют большую толщину (от долей микрона до нескольких микрон) и называются микроволокнами [29]. Микроволокна состоят из графитизированных углеродных волокон, зачастую нанотрубок, сверху покрытых слоем аморфного углерода. Механизм образования микроволокон называют фибрилляционым [58]. Согласно этому механизму рост углеродных микроволокон протекает в 2 стадии:
1 Образование графитизированных углеродных волокон или нанотрубок;
2)последующее утолщение углеродных волокон и нанотрубок в ходе осаждения на их поверхность аморфною углерода [58].
При таком росте нанотрубки оказываются внутри углеродных микроволокон.
1.3 Поверхностная и объемная плотность поверхностных углеродных структур
Рассмотрим поверхностную и объемную плотность углеродных наноструктур, в основе которых лежит графитовая поверхность, выложенная правильными шестиугольниками, в вершинах которых находятся атомы углерода. Расстояние между соседними атомами в такой структуре составляет 0,142 нм. Идеальная кристаллическая структура графита состоит из большого числа таких поверхностей, отстоящих друг от друга на расстояние около 0,34 нм. Подобная поверхность, свернутая в цилиндр, служит исходным материалом для построения углеродной нанотрубки и нановолокна. Удельное количество сорбированною материала определяется значением поверхностной массовой плотности [рафитово: о слоя.
Результаты измерений удельной поверхности УНТ и других поверхностных графитовых структур, как правило, оказываются значительно модельных оценок [54]. Удельная поверхность однослойных У1 ГГ, полученных в результате каталитического разложения СО, очищенных с помощью обработки азотной кислотой и раскрытых в результате окисления на воздухе, не превысила