дуговой метод. Дуговой метод. Электродуговой синтез углеродных нанотрубок
 Скачать 49.92 Kb.
|
|
Электродуговой синтез углеродных нанотрубок Для синтеза УНТ в настоящее время используют несколько методов, основными из которых являются электродуговой, каталитического пиролиза углеводородов, лазерной абляции. Самый распространенный метод получения углеродных нанотрубок – синтез в плазме дугового разряда между графитовыми электродами в атмосфере гелия. [1] Известно, что в электрической дуге развивается температура до 4000°С и при ее «горении» происходит перенос вещества между электродами. В 1990г. электродуговой синтез в атмосфере инертных газов с применением графитовых электродов был впервые использован для получения фуллеренов в относительно больших количествах. И именно в продуктах дугового синтеза в 1991г. Иидзима обнаружил углеродные НТ. [2] После этого началось модифицирование метода и его применение во многих лабораториях разных стран Принципиальная схема установки для электродугового синтеза представлена на рис.1. Установка работает следующим образом. В герметичной камере 5 создается разрежение. На электроды 1 и 3 подается разность потенциалов 20 – 30 В. Электроды, с помощью системы перемещения 4, приводятся в движение до возникновения электрической дуги. В процессе горения происходит испарение графита на аноде и его осаждение. Температура анода и катода поддерживается на необходимом уровне с помощью водяной системы охлаждения. Депозит, образующийся на катоде, содержит различные формы углерода: фуллерены, нанотрубки, графитовые кластеры и аморфный углерод. Для уменьшения взаимодействия наночастиц углерода с воздухом герметичная камера заполняется инертным газом (гелием, аргоном и т.п.). Синтез проходит скоротечно, при этом, постоянно меняются такие параметры синтеза как межэлектродный зазор, ток, температурные поля на электродах. При этом, температура электродов лежит в пределах 3500 – 4000, а давление в камере составляет 400 – 600 торр. Высокие температуры и давления затрудняют прямое исследование процесса. [3-4]  Рисунок 1. Установка электродугового синтеза УНТ: 1 – анод; 2 – депозит; 3 – катод; 4 – система перемещения электродов; 5 – герметичная камера, наполненная гелием В описанном способе получения нанотрубок гелий играет роль буферного газа. Атомы гелия уносят энергию, выделяющуюся при объединении углеродных фрагментов. Опыт показывает, что оптимальное давление гелия для получения нанотрубок – в диапазоне 500 торр. [5] Электродуговой способ наиболее прост в применении в промышленных условиях и наиболее скоротечен. Главным недостатком этого метода является сложность создания непрерывного процесса. Кроме того, процесс сопровождается образованием большого количества примесей аморфного углерода, фуллеренов, графитизированных частиц, что приводит к низкому выходу целевых УНТ (в случае однослойных углеродных нанотрубок выход не превышает 20-40%) и требует их многостадийной очистки. [1] Литература: Сидоренко Д. С., Вовк А. В., Кутылев С. А., Кузьмичева Г. М., Дубовский А. Б. Получение и изучение углеродных нанотрубок // Вестник МИТХТ. - 2009. - Т. 4. - № 1. - С. 52 - 59. Раков Э.Г. Методы получения углеродных нанотрубок / Э.Г. Раков // Успехи химии. – 1999. – С. 41–54 Авцинов, И.А Проблемы синтеза углеродных нанотрубок //И.А. Авцинов, Г.Г. Попов //Вестник Воронежского государственного технического университета.-Воронеж, ВГТУ, 2010 -т.6, № 10,- с.68 - 71; .Авцинов, И.А. Управление электродуговым синтезом углеродных нанотрубок /И.А. Авцинов, Г.Г. Попов // XXIII Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях», 2010 г. том 10, Саратов - с. 84 - 85; Внукова Н.Г., Чурилов Г.Н. Наноматериалы и нанотехнологии/Учебное пособие - Красноярск: СФУ, 2007. 103с. |