Структура и свойства азот- и металл-содержащих углеродных нанотруб, полученных химическим осаждением из газовой фазы

• Автор: Кудашов, Алексей Геннадьевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 117 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Структура углеродных нанотруб УНТ.

1.2 Методы получения углеродных нанотруб

1.3 Синтез углеродных нанотруб из газовой фазы V.

1.3.1 Многослойные углеродные нанотрубы содержащие азот

X УНТ.

Ф 1.3.2 Многослойные углеродные нанотрубы с преимущественной

ориентацией перпендикулярно подложки

1.4 Автоэлсктронная эмиссия материалов, содержащих УНТ.

1.5 Магнитные свойства ансамблей ферромагнитных наночастиц.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ К ГЛАВЕ 1.
2. ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Синтез УНТ из газовой фазы.
2.1.1 Конструкция С V реактора
2.1.2 Методика синтеза УНТ на катализаторе .
2.1.3 Методика синтеза УНТ с преимущественной ориентацией перпендикулярно подложке.
2.2 Характеризация и исследование свойств
2.2.1 Методы характеризации исследуемого материала
2.2.2 Измерение эмиссионных характеристик.
2.2.3 Измерение магнитных характеристик.
3. ГЛАВА 3. АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ X УНТ
3.1 Синтез X нанотруб
3.2 X нанотрубы, полученные на i катализаторах.
3.2.1 Электронная микроскопия РЭМ и ПЭМ
3.2.2 Рентгеновская дифракция.
3.2.3 Ядерный магнитный резонанс
3.2.4 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия.
3.3 X нанотрубы, полученные на i катализаторах.
Ф 3.3.1 Электронная микроскопия РЭМ и ПЭМ
3.3.2 Рентгеновская дифракция.
3.3.3 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия.
3.4 X нанотрубы, полученные на i катализаторах.
3.4.1 Электронная микроскопия РЭМ и ПЭМ
3.4.2 Рентгеновская дифракция.
3.4.3 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия.
3.5 Влияние состава катализатора на количество и форму азота,
встраиваемого в графитовые слои углеродных нанотруб.
3.6 Эмисиионные характеристики полученных материалов.
3.7 Магнитные свойства i Со наночастиц, капсулированных в углеродных нанотрубах
4. ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛНОК ОРИЕНТИРОВАННЫХ УНТ
4.1 Влияние параметров и режимов синтеза на структуру плнок
ориентированных УНТ.
4.2 Ориентированные УНТ, полученные из смеси Сбо и 552.
4.2.1 Электронная микроскопия РЭМ и ПЭМ
4.2.2 Рентгеновская дифракция.
4.2.3 Мессбауэровская спектроскопия.
4.3 Плнки ориентированных УНТ, полученные из смеси дифинилантрацена 552.
4.3.1 Электронная микроскопия РЭМ и ПЭМ.
4.4 Плнки ориентированных УНТ, полученные из смеси СбН4СНз2 и
552
4.4.1 Электронная микроскопия РЭМ и ПЭМ
4.5 Ориентированные УНТ, полученные из смеси 3 и
4.5.1 Электронная микроскопия РЭМ и ПЭМ
4.5.2 Рентгеновская дифракция.
4.6 Сравнение эмиссионных характеристик и структуры ориентированных
УНТ, полученных на различных катализаторах
4.7 Магнитные свойства наночастиц Ре, встроенных во внутреннюю полость ориентированных углеродных нанотруб
5 ВЫВОДЫ
6 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
7 БЛАГОДАРНОСТИ.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Исследование магнитных свойств наночастиц железа во внутренних полостях углеродных нанотруб показало перспективность использования данного материала в качестве базового элемента в устройствах хранения информации. Апробация работы. Тихоокеанской Академии Материаловедения 26 июня, г. Россия на Международной Школе Семинаре , г. I на конференции ii апреля, г. МГУ им. М.В. Ломоносова , i i, 3 , ivi x i, . XIX Ii i i i v i, i, i, i 7 ii Ii i 1, , , i i i i i i i, 3, 8, ii, i. Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 статей и тезисов докладов. Личный вклад соискателя. Соискатель участвовал в выборе общего направления исследования, направленного на синтез УНТ методом V и изучение их свойств, разработал и изготовил установку синтеза УНТ методом химического осаждения из газовой фазы, отработал методики синтеза азотсодержащих УНТ и плнок ориентированных углеродных нанотруб, активно участвовал в выборе объектов для исследования и интерпрегации результатов. Структура и объем диссертации. Общий объем работы составляет 7 страниц, включая иллюстраций и 2 таблицы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы гл. ГЛЛВЛ 1. Переход от побочного и вредного процесса образования углеродистых отложений на металлических катализаторах, активно изучавшегося в середине х годов прошлого века 1, к целенаправленному каталитическому синтезу углеродных нанотруб УНТ как довольно ценного материала, находящего вс более широкое применение, произошел с опубликованием Б. Интерес к углеродным нанотрубам обусловлен их уникальной структурой 3, которая в конечном итоге определяет и свойсгва этот материала на макро и микро уровне, имеющего перспективы применения в различных как прикладных, так и научных областях 4, . Результаты первых исследований указывают на необычные свойства нанотруб, присущие объектам наномстрового размера. Так, трубки с открытым концом обладают капиллярным эффектом и способны втягивать в себя расплавленные металлы и другие жидкие вещества. Использование этого свойства открывает возможность для создания проводящих нитей нанометрового диаметра. Продемонстрирована возможность внедрения в ианотрубку сверхпроводящего материала ТаС , , сохраняющего свои свойства при Т К. Соединение двух нанотруб, имеющих различное электронное строение, обладает свойствами контакта металл полупроводник или полупроводник полупроводник, что может быть использовано при создании электронных приборов нанометрового размера. Значительный научный и прикладной интерес представляет использование нанотрубок в качестве источника автоэлсктронной эмиссии. Высокие автоэмиссионныс свойства нанотрубки связаны с ее чрезвычайно малыми поперечными размерами, благодаря чему вблизи вершины нанотрубы происходит локальное увеличение напряженности электрического поля в и более раз, по сравнению со его средним значением. Исследования, проведнные методами просвечивающей электронной микроскопии ПЭМ 3, электронной дифракции 4, сканирующей туннельной микроскопии СТМ и спектроскопии СТС 5,6, рамановского рассеяния и рентгеновской дифракции 7,8, измерение магнитной восприимчивости 9, показали, что нанотруба состоит из графитовых цилиндрических слов, атомы углерода в которых имеют эр2 гибридизацию. Такая труба не образует швов при сворачивании и заканчивается полусферическими вершинами, образующимися в результате встраивания в графитовую плоскость двенадцати пентагонов по 6 на каждую вершину ,. Многослойную УНТ можно представить как совокупность коаксиально вложенных друг в друга однослойных нанотруб разного диаметра ,. В силу того, что в свернутых из 1рафеновых плоскостей цилиндров ирисугствует разное количество атомов углерода, в УНТ невозможно достичь послосвой укладки . АВАВАВ. Расстояние между слоями в многослойной УНТ было измерено в , и составило величину 0. Необходимо иметь в виду, что идеализированная поперечная структура многослойных УНТ, в которой расстояние между соседними слоями близко по значению к расстоянию между слоями графита и не зависит от аксиальной координаты, на практике искажается изза встраивания или отсутствия части графитовой плоскости в одном из слоев многослойной УНТ.