Синтез углеродных нанотрубок пиролизом метана

• Автор: Гришин, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.17.07, 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.

Глава I. Литературный обзор

1.1. Строение и свойства углеродных нанотрубок.

1.2. Потенциальные области применения углеродных нанотрубок .

1.3. Методы идентификации и исследования структуры

углеродных нанотрубок .

1.4. Синтез углеродных нанотрубок.

1.5. Очистка углеродных нанотрубок

1.6. Синтез катализаторов роста углеродных нанотрубок.

1.7. Кинетика и механизмы роста углеродных нанотрубок.

Глава II. Методическая часть
II. 1. Характеристика исходного сырья и реагентов.
.2. Общая методика синтеза катализаторов методом сжигания
.3. Общая методика синтеза углеродных нанотрубок в горизонтальном кварцевом реакторе
.4. Общая методика проведения кинетических экспериментов
.5. Обработка данных кинетических экспериментов.
.6. Методы анализа и приборы
Глава III. Синтез катализаторов.
III. 1. Синтез углеродных нанотрубок на катализаторах различного
состава
1.2. Влияние соотношения восстановителя и окислителя на характеристики катализатора и выход углеродных
нанотрубок
1.3. Влияние соотношения Со и Мо на выход и морфологию углеродных нанотрубок.
Глава IV. Кинетика роста углеродных панотрубок и расчет основных технологических характеристик процесса
IV. 1. Выбор условий проведения экспериментов
У.2. Кинетические закономерности роста углеродных
нанотрубок
ГУ.З. Принципиальная технологическая схема непрерывного синтеза
углеродных нанотрубок.
У.4. Расчет основных технологических характеристик реактора
непрерывного синтеза углеродных нанотрубок.
Выводы.
Литература


Оси отдельных НТ в сростках располагаются параллельно друг другу, а кратчайшее расстояние между ними составляет ~ 0. Рис. Модель сростка ОНТ []. Нанотрубки могут быть и многослойными (МНТ), т. Диаметр таких образований определяется числом коаксиальных цилиндров, которое обычно составляет несколько единиц или несколько десятков, но может доходить и до нескольких сотен. Расстояние между стенками цилиндров (слоями) близко к межслосвому расстоянию в графите и обычно составляет 0. Хиральность отдельных графеновых слоев в МИТ может быть различной. Длина МНТ теоретически неограниченна, но обычно не превышает нескольких десятков микрометров. Структура экспериментально наблюдаемых НТ во многом отличается от представленной выше идеализированной картины. Прежде всего, это касается дефектов, наличие которых в НТ приводит к искажению их структуры. Так, присутствие пяти- и семичленных циклов в структуре НТ приводит к нарушению их цилиндрической формы, причем при внедрении пятичленного цикла образуется выпуклый изгиб, а при внедрении семичленного - вогнутый []. Нанотрубки, изогнутые под углами от до °, экспериментально наблюдали в продуктах каталитического пиролиза углеводородов в работе []. Другие отклонения от идеальной структуры у МНТ были обнаружены в работах [, ], где значительная часть полученных МНТ имело поперечное сечение в форме многоугольника, причем участки плоской поверхности соседствовали с участками поверхности большой кривизны, которые содержали края с ьр3-гибридизованным углеродом. Помимо МНТ типа «русской матрешки» (рис. МНТ типа «рулона» (рис. Рис. Модели строения МНТ []: а - «русская матрёшка», б - «рулой», в -«папье-маше». Отдельно принято выделять двухслойные нанотрубки (ДНТ) и, забегая вперед, в текущей работе отдельно выделяется группа НТ, в которую входят ОНТ, ДНТ и МНТ с числом слоев от 3-х до 5-и, включительно. Как и для ОНТ для МНТ характерно образование сростков. НТ в любых соотношениях. Типичные микрофотографии углеродных НТМС с просвечивающего электронного микроскопа высокого разрешения представлены на рис. Рис. Типичные микрофотографии углеродных II I' с просвечивающего электронного микроскопа высокого разрешения []: а) однослойная; б) двухслойная; в) трехслойная; г) пятнелойная. Табл. Физические характеристики ОПТ. Модуль упругости 1. Удельное электрическое сопротивление 0. Омсм (самое электропроводное волокно -0. Как видно из табл. В инертной среде ОНТ устойчивы до температуры ~ °С, выше которой начинают коалесцировать с образованием неупорядоченного углерода и МНТ []. Плотность ОНТ близка к 2 г/см3, рассчитанная удельная поверхность внешней стороны равна ~ м2/г и одинакова для ОНТ различного диаметра, полная удельная поверхность раскрытых ОНТ равна ~ м2/г и может рассматриваться как максимально достижимая для материалов на основе углерода []. Из-за образования сростков удельная поверхность реально получаемых образцов ОНТ не достигает расчетной величины, отличаясь от нее в 2-3 раза в меньшую сторону. Максимальное экспериментальное значение удельной поверхности м2/гбыло достигнуто авторами [] для ОНТ, синтезированных по процессу ЬйРСО, после сложной процедуры их диспергирования и очистки (для сравнения, удельная поверхность исходных образцов - 7 м /г). К НТ могут быть отнесены и любые другие наноразмерные нитевидные частицы, имеющие внутри полые каналы. Единой классификации нитевидных частиц углерода до сих пор не существует []. В литературе нанотрубками иногда называют и углеродные нановолокна (НВ). К НВ относят нитевидные частицы, ориентация графеновых слоев в которых существенно отличается от цилиндрической, а также нитевидные частицы не имеющие внутренней полости, или содержащие периодические перегородки в этой полости. К НВ могут относить и короткие сильно искривленные НТ или НТ внешний диаметр которых превышает определенную величину (по данным разных авторов, больше , или 0 нм). К углеродным НТ и ИВ близки, так называемые «газовые волокна», хотя японские исследователи предпочитают выделять их в отдельную группу углеродных нитевидных материалов [].