Получение и исследование свойств углеродных наноматериалов и нанокристаллов широкозонных полупроводников

• Автор: Борисенко, Дмитрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 167 с. : ил.

Содержание
Введение .

Актуальность исследования.

Цели и задачи работы

Научная новизна работы

Практическая значимость работы

Апробация результатов исследования.

Объем и структура диссертации

1 Обзор литературы.

1.1 Аппаратура и методы выращивания углеродных наноматериалов

1.2 Анализ состава углеродных наноматериалов

1.3 Сорбционные свойства углеродных наноматериалов и их практическое применение.
1.4 Аппаратура и методы выращивания нанокристаллов соединений А2В6.
1.5 Физикохимические свойства нанокристаллов соединений
А В и перспективы их применения.
1.6 Постановка задачи исследования
2 Получение углеродных наноматериалов
2.1 Оборудование для выращивания углеродных наноматериалов
2.2 Технология выращивания углеродных наноматериалов.
2.3 Кинетика окисления углеродных наноматериалов. Термогравиметрия как метод количественного анализа состава смеси углеродных наноматериалов.
2.4 Выводы
Сорбция водорода углеродными наноматериалами
3.1 Характеристика исследуемых материалов.
3.2 Установка для изучения сорбции водорода и методика измерений.
3.3 Анализ экспериментальных данных
3.4 Активация поверхности углеродных нанотрубок и ее влияние на обратимую сорбционную емкость.
3.5 Термостабильные соединения водорода с углеродными наноматериалами, полученные под высоким давлением
3.6 Выводы.
Получение и свойства нанокристаллов СсГГе и Сб8е.
4.1 Выращивание нанокристаллов СсГГе методом прямого осаждения из пара в потоке инертного газа
4.2 Получение микро и нанокристаллов СбЭе методом сублимации под высоки давлением инертного газа
4.3 Нанопорошковая технология получения объемных материалов из СсГГе
4.4 Выводы.
Заключение. Основные результаты работы и выводы
Литература


Представлены результаты исследований их свойств методами рентгеновской дифракции, оптической спектроскопии, люминесценции и ПЭМ. Рассмотрены перспективы практического применения этих материалов. В заключении приведены основные результаты и сформулированы общие выводы. Список литературы содержит 9 наименований. Основные материалы диссертации опубликованы в 6 статьях /0-5/, а также в тезисах 5 докладов на конференциях /6-9/. По результатам работы получен патент РФ на изобретение /0/. Благодаря ьр2- и $р3-гибридизации валентных электронов углерод спосо бен образовывать несколько аллотропных форм. Кристаллические решетки ал маза (Бр -гибридизация) и графита (Бр -гибридизация) показаны на рисунке 1. Рисунок 1 - Аллотропные формы углерода. Новые аллотропные формы углерода - фуллерены - были открыты в году /1/. Структура наиболее широко распространенной молекулы фуллерена С (рис. Вскоре после открытия фуллеренов было установлено существование родственных им протяженных структур, представляющих собой частицы цилиндрической формы, образованные из одного или нескольких концентрических графитовых слоев /2, 3/. Такие структуры получили название углеродных нанотрубок. Цилиндрическая поверхность нанотрубки сформирована шестиугольниками, в вершинах которых находятся атомы углерода. Торцы нанотрубки, как правило, закрыты полусферами, каждую из которых можно представить в виде половины молекулы фуллерена. Диаметр типичной однослойной нанотрубки составляет от одного до нескольких нанометров, т. Сбо, диаметр которой равен 0,4 нм. Многостенные нанотрубки можно рассматривать как набор концентрических одностенных нанотрубок с различными диаметрами, причем расстояние между стенками соседних трубок должно соответствовать межслоевому расстоянию в графите (0, нм) /2/. Углеродные нанотрубки образуются в результате химических превращений углеродсодержащих материалов при повышенных температурах. Условия, при которых возможны эти превращения, очень разнообразны. Основными и наиболее продуктивными способами получения УНТ являются методы дугового разряда, лазерного испарения и химического осаждения из паровой фазы. УНТ образуются также при электролизе расплава 1дС1 с использованием графитовых электродов /4/, резистивном нагреве углеродной фольги в вакууме /5/ и в процессе горения углеводородных топлив /6, 7/. Газофазный синтез одностенных нанотрубок в потоке плазмы при атмосферном давлении использовали в работе /8/. Метод химического осаждения из паровой фазы (ХОП) применяли для выращивания нитевидных кристаллов графита в работах /9, /. В результате экспериментов было замечено, что на морфологию, размер и количество графитовых усов влияет ориентация и материал подложки, давление и природа углеродсодержащего газа, а также температура синтеза. Впервые методом ХОП углеродные нанотрубки были получены в работе М. Уасатап //, где осуществлялся процесс термокаталитического разложения ацетилена над мелкодисперсными частицами железа при 0 °С. Процесс схематически иллюстрируется на рисунке 2. Катализатор, представляющий собой мелкодисперсный металлический порошок, помещали в керамический тигель, заключенный в кварцевую трубу и нагревали в печи до температур 0- °С в потоке смеси газообразного углеводорода и буферного газа в отношении 1:. Рисунок 2 - Схема установки для получения УНТ методом ХОП //. Длительность процесса составляла от нескольких минут до нескольких часов. В результате на поверхности катализатора вырастали протяженные углеродные нити, металлические частицы, заключенные в графитовую оболочку и многостенные нанотрубки длинной до нескольких десятков микрометров. Внутренний диаметр нанотрубок был равен около нм, наружный диаметр достигал 0 нм. Дальнейшие исследования показали, что геометрические параметры нанотрубок определяются условиями процесса: температурой, давлением и сортом буферного газа, а также дисперсностью и природой катализатора /, , /. Следующим шагом к коммерческому применению метода ХОП было увеличение производительности процесса. В работе R. Andrews et at.