Влияние подложки

Вид подложки, ее кристалличность или аморфность, гладкость или шероховатость, величина поверхностной энергии — все эти параметры оказывают влияние в первую очередь на формирование частиц катализатора, размер, плотность и т.д., и, следовательно, определяют ростовые характеристики УНТ.

а) Шероховатость подложки.

Одним из основных факторов, которые влияют на рост ОСУНТ, является качество/шероховатость основы подложки. Как результат — наблюдается рост ОСУНТ и связок ОСУНТ.

б) Кристалличность подложки.

Кристалличность подложки влияет на способность к зарождению и росту ОСУНТ. Различие в росте между монокристаллической и некристаллической подложкой проявляется в различии частиц, формирующихся на подложке. Для роста ОСУНТ необходимо, чтобы размер каталитических частиц был в пределах между 1-5 нм. Следовательно, подложка, на которой возможен рост ОСУНТ и МСУНТ, должна иметь широкое распределение частиц по размерам.

в) Пористость подложки.

Экспериментальные данные показывают, что пористость не приводит к формированию ОСУНТ, хотя ожидалось, что пористость будет способствовать проникновению метана на границу раздела катализатор– подложка. Не установлено также заметного увеличения диаметра МСУНТ с увеличением пористости.

Влияние размера каталитических частиц

на диаметр УНТ

Контроль диаметра каталитических частиц является одной из важнейших задач, влияющих на развитие методов выращивания УНТ. Экспериментальные факты показывают, что при использовании метода

ХОП диаметр выращенных УНТ определяется размером каталитических частиц. Возможность контролировать диаметр наночастиц Fe достигалась с помощью разложения Fe(CO)5 в при-

сутствии олеиновой, лауриновой или октановой кислоты, каждая из которых выполняла роль покрывающих

лигандов для нанокластеров соответствующего размера в тот момент, когда они образовывались. В результате были получены кластеры Fe с узким распределением по диаметру: 3,2±0,8 нм, 9±0,9 нм и 12,6±1,7 нм соответственно, на которых были выращены УНТ с достаточно узким распределением по размеру, близким к 3, 7, 13 нм, что соответствует диаметру каталитических частиц. Таким образом, показано, что нанодисперсные частицы Fe можно использовать для контролируемого по диаметру выращивания УНТ.

Декорирование многостенных

углеродных нанотрубок

При практическом использовании УНТ и УНВ часто возникает необходимость в декорировании последних частицами металлов для усиления проводимости материала, используемого в качестве электродов или мембран в топливных ячейках, а также для создания крупномасштабных ансамблей из УНТ, где должны

быть созданы переходы (туннельные и проводящие) в системе УНТ-УНТ через металлические частицы.

Для декорирования УНТ металлическими частицами они предварительно подвергаются окислению. В [9] предлагается следующий технологический процесс. Смешивается 12 мг МСУНТ и 25 см3 пересыщенного натрий-хлорного раствора (с активным хлором 6-14 %), полученная суспензия подвергается ультразвуковой обработке в течение 5 мин и затем непрерывному перемешиванию в течение 3-6 часов. Затем коллоидный раствор фильтровался, а осадок из нанотрубок промывался в воде, спирте, ацетоне и сушился на воздухе. В результате окисления получалось 12,8 мг продукта в виде черной бумаги. Также для окисления очищенных МСУНТ можно использовать реакции с натриевым гипохлоридом (NaОCl) при комнатной температуре путем непосредственного перемешивания нанотрубок в водном растворе NaOCl в течение нескольких часов. Вес образцов при этом увеличивается на 2,33 вес. % за счет кислорода после 6 часов перемешивания.

Окисленные МСУНТ диспергировались в этаноле и смешивались с приготовленной заранее суспензией кластеров Fe, Со или Ni в толуоле или в водно-этанольной суспензии в случае кластеров Pd. После перемешивания суспензии в течение 24 часов нанотрубки фильтровались через мембранный фильтр и затем осторожно промывались в изопропаноле, ацетоне, диэтилене с целью удаления органических остатков. Во всех экспериментах после фильтрации фильтрат был бесцветным, а вес УНТ возрастал, что свидетельствовало об адсорбции кластеров на нанотрубках. Исследование роста УНТ на кластерах Fe, расположенных на МСУНТ, показало, что кластеры железа являются местами роста новых нанотрубок. Этот результат очень важен для создания УНТ–УНТ архитектур, позволяющих осуществлять проекты, связанные с созданием нанотрубных элементов через металлические кластеры. Такая стратегия открывает возможность построить более сложную сетку из УНТ, чем одну или несколько простых линий между двумя точками. Таким путем могут быть построены проводящие сетки, контактные соединения УНТ–УНТ и гетеропереходы.