НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СИНТЕЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР
Ключевые слова:
термическое химическое осаждение, углеродные наноструктуры, нанопорошок металла, низкотемпературный синтез, химическое осаждение из газовой фазыАннотация
В статье представлен обзор основных результатов экспериментов по синтезу углеродных наноструктур методом низкотемпературного термического химического осаждения из газовой фазы, полученных в лаборатории вакуумных нанотехнологий Центра инновационных технологий Института проблем горения. Приведены результаты комплексного исследования структуры и морфологии металлических нанопорошков, синтезированных методом электрического взрыва проводников, которые использовались в качестве катализаторов. В ходе проведённых экспериментов были определены технологические параметры, оптимальные для низкотемпературного роста углеродных наноструктур. Исследования позволили определить существование температурного диапазона между низкотемпературным и высокотемпературным (стандартным) режимами синтеза, в котором не происходит рост углеродных наноструктур. Впервые были найдены экспериментальные режимы низкотемпературного химического осаждения из газовой фазы углеродных нанотрубок с использованием в качестве катализатора нанопорошков железа и никеля.
Библиографические ссылки
(1) Iijima S., & Ichihashi T. Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter // Nature. – 1993. –Vol. 363. – P.603-605. https://doi.org/10.1038/363603a0
(2) РадушкевичЛ.В., Лукьянович В.М. O структуре углерода, образующегося при термическом разложении окиси углерода на железном контакте // Журнал физической химии. – 1952. – Т. 26. – С. 88-95.
(3) Krueger A. Carbon Materials and Nanotechnology. – Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2010. – 475 p.
(4) Merchan-Merchan W., Saveliev A.V., Kennedy L., Jimenez W.C. Combustion synthesis of carbon nanotubes and related nanostructures // Progress in Energy and Combustion Science. – 2010. – Vol. 36. – P. 696-727. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2010.02.005
(5)Сабитов С., Кошанова А., Медянова Б.С., Партизан Г., Мансуров Б.З., Алиев Б.А. Синтез углеродных наноструктур на никелевых пленках методом кислородно- ацетиленовой горелки // Горение и плазмохимия. – 2015. – Т.13, №1. С. 47-52.
(6) Mansurov Z. Soot and Nanomaterials Synthesis in the Flame // Journal of Materials Science and Chemical Engineering. – 2014. – Vol. 2. – P. 1-6. https://doi.org/10.4236/msce.2014.21001
(7) Мансуров З.А. Получение наноматериалов в процессах горения // Физика горения и взрыва. – 2012. – Т. 48, №5. – С. 77-86.
(8) Szabó A., Perri C., Csató A., Giordano G., Vuono D. and Nagy J.B. Synthesis Methods of Carbon Nanotubes and Related Materials // Materials. – 2010. – Vol. 3. – P. 3092-3140. https://doi.org/10.3390/ma3053092
(9) Seo J.W., Magrez A., Milas M., Lee K., Lukovac V., Forro L. Catalytically grown carbon nanotubes: From synthesis to toxicity // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2007. – Vol. 40. – P. 10-120. https://doi.org/10.1088/0022-3727/40/6/R01
(10) Purohit R. et al. // Procedia Materials Science. – 2014. – Vol. 6. – P. 716- 728. https://doi.org/10.1016/j.mspro.2014.07.088
(11) Буранова Ю.С. Физика, электроника, нанотехнологии // Труды МФТИ. – 2011. – Том 3, № 3. – C. 30-41.
(12) Лернер М.И., Сваровская Н.В., Псахье С.Г., Бакина О.В. Технология получения, характеристики и некоторые области применения электровзрывных нанопорошков металлов // Российские нанотехнологии. – 2009. – Том 4, №11-12. – C. 56-68.
(13) Pakdee U., Srabua S., Phongphala A., Pawong C.Effects of Catalyst on Carbon Nanotubes Synthesized by Thermal Chemical Vapor Deposition Method// Applied Mechanics and Materials. – 2015. – Vol. 804. – P. 47-50. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.804.47
(14) Haroon Ur R., Kaichao Yu, Muhammad Naveed U., Muhammad Naveed A., Khalid Kh., Nasir A., Muhammad T.J. Catalyst role in chemical vapor deposition (cvd) process: a review // Rev.Adv.Mater.Sci. – 2015. – Vol. 40. – P. 235-248.
(15) Ma Y., Yang N., Jiang X. One- Dimensional Carbon Nanostructures: Low-Temperature Chemical Vapor Synthesis and Applications. In: N. Yang et al. (eds.), Carbon Nanoparticles and Nanostructures. – Switzerland: Springer International Publishing, 2016. – 336 p.
(16) Ma Y., Weimer Ch., Yang N., Zhang L., Staedler Th., Jiang X. Low-temperature growth of carbon nanofiber using a vapor-facetsolid process // Materials Today Communications. – 2015. – Vol. 2. – P. 55-61. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2014.12.003
(17) Na N., Kim D.Y., So Y.-G., Ikuhara Yu., NodaS. Simple and engineered process yielding carbon nanotube arrays with 1.2*1013 cm-2 wall densityon conductive underlayer at 400 °C // Carbon. – 2015. – Vol. 81. – P. 773 –781. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2014.10.023
(18) Qin Y., Jiang X., Cui Z. Low- Temperature Synthesis of Amorphous Carbon Nanocoils via Acetylene Coupling on Copper Nanocrystal Surfaces at 468 K: A Reaction Mechanism Analysis // J. Phys. Chem. B. – 2005. – Vol. 109. – P. 21749-21754. https://doi.org/10.1021/jp054412b
(19) Партизан Г. Формирование углеродных наноструктур на частицах металлических нанопорошков: дис. PhD: 23.12.15. – Алматы, 2015. – 117 с.
(20) Партизан Г., Мансуров Б.З., Медянова Б.С., Кошанова А.Б., Алиев Б.А. Исследование электровзрывных нанопорошков никеля // Журнал технической физики. – 2016. – Т. 86, №11. – С. 86-90. https://doi.org/10.21883/jtf.2016.11.43819.1763
(21) Partizan G., Mansurov B.Z., Medyanova B.S., Koshanova A.B., Aliev B.A. Electric Explosion Nickel Nanopowders // Technical Physics. – 2016 – Vol. 61, No. 11. – P. 1689–1693. https://doi.org/10.1134/S1063784216110153
(22) Пaртизaн Г., Мaнсуров Б.З., Медяновa Б.С., Кошaновa A.Б., Мaнсуровa М.Е., Aлиев Б.A. Исследовaние электровзрывных нaнопорошков железa // Вестник КазНУ. Серия физическая. – 2016. – Т. 4, №59. – С. 79-84.
(23) Partizan G., Mansurov B.Z., Medyanova B.S., Koshanova А.B., Mansurova M.E., Aliyev B.А. Study on the Structure and Morphology of Iron Nanopowders Obtained by the Method of Electric Explosion of Wires // Eurasian Chemico- Technological Journal. – 2016. – V. 18. – P. 13-17. https://doi.org/10.18321/ectj387
(24) Partizan G., Mansurov B.Z., Medyanova B.S., Koshanova А.B., Mansurova M.E., Aliyev B.А. Investigation of copper nanopowders obtained by the method of electric explosion of wires. Proceedings of the Joint IX International Symposium & International Conference. September 13-15, 2016, Almaty, Kazakhstan. – P. 56-61.
(25) Партизан Г., Мансуров Б.З., Медянова Б.С., Кошанова А.Б., Алиев Б.А., Jiang X. Структура и морфология УНТ, синтезированных на нанопорошках Ni // Горение и плазмохимия. – 2016. – Т. 14, №1, – С. 15-26.
(26) Partizan G., Mansurov B.Z., Medyanova B.S., Lesbaev B.T., Xin Jiang, Aliev B.A. Synthesis of carbon nanostructures by thermal CVD on nickel nanoparticles // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2015. – Vol. 88, № 6. – P. 1403-1408. https://doi.org/10.1007/s10891-015-1329-9
(27) Партизан Г., Мансуров Б.З., Медянова Б.С., Кошанова А.Б., Мансурова М.Е., Алиев Б.А., Jiang X. Структура и морфология углеродныхнановолокон, синтезированных на нанопорошках меди // Вестник НГУ. Серия: Физика. – 2016. – Т. 11, № 3. – C. 62-71
(28) Partizan G., Mansurov B.Z., Medyanova B.S., KoshanovaА.B., Mansurova M.E., Aliyev B.А., Jiang X. Synthesis of Carbon Nanofibers on Сopper Nanopowders by Low-Temperature CVD // Eurasian Chemico-Technological Journal. – 2016. – Vol. 18. https://doi.org/10.18321/ectj470
(29) Partizan G., Mansurov B.Z., Medyanova B.S., Koshanova А.B., Mansurova M.E., Aliyev B.А., Jiang X. Low-temperature synthesis of carbon nanotubes on iron nanopowders // Mater. Res. Express. – 2016. – Vol. 3. – Articlenumber: 115010. https://doi.org/10.1088/2053-1591/3/11/115010
(30) Коршунов А.В. // Известия Томского политехнического университета. – 2012. – Т. 320, №3. – С. 16–22.
(31) Васильев О.С. Плавление, огрубление поверхности и электронные свойства нанокластеров металлов различной размерности: дис. … канд. физ.–мат. наук: 01.04.07 / Москва, 2014. 120 с.
(32) Partizan G., Мansurov B.Z., Мedyanova B.S., Mansurova M.E., Аliyev B.А. Computer Simulations for Calculating of the Strain Energy in Heteroepitaxial Growing Diamond Films // Proceedings of the Annual International World Conference on Carbon (Carbon 2014), Jeju island, Korea, June 29 - July 4, – 2014. – POT3-02.
(33) Nepijko S.A., Pippel E., Woltersdorf J. Dependence of lattice parameter on particle size // Physica status solidi (a). – 1980. – Vol. 61, – № 2. – P. 469-475. https://doi.org/10.1002/pssa.2210610218
(34) Boswell F. Precise Determination of Lattice Constants by Electron Diffraction and Variations in the Lattice Constants of Very Small Crystallites // Proc. Phys. Soc. – 1951. – Vol. 64, – P. 465. https://doi.org/10.1088/0370-1298/64/5/305
(35) Vook R., Onooni M. // J. Appl. Phys. – 1968. – Vol. 39, – P. 2471. https://doi.org/10.1063/1.1656581
(36) Harada J., Yao S., Ichimiya A. X-Ray Diffraction Study of Fine Gold Particles Prepared by Gas Evaporation Technique. I. General Feature // J. Phys. Soc. Japan. – 1980. – Vol. 48, – P. 1625. https://doi.org/10.1143/JPSJ.48.1625
(37) Montano P., Shenoy G., Alp E. et al. Structure of Copper Microclusters Isolated in Solid Argon // Phys. Rev. Letters. – 1986. – Vol. 56, – No. 19. – P. 2076. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.56.2076
(38) Onodera S. Lattice parameters of fine copper and silver particles // Journal of the Physics Society Japan. – 1992. – Vol. 61, – No. 7. – P. 2190-2193. https://doi.org/10.1143/JPSJ.61.2190
(39) Соловьев М.Е., Соловьев М.М. Компьютерная химия. М.: СОЛОН–Пресс, 2005. – 535 c.
(40) Solliard C., Flueli M. Surface stress and size effect on the lattice parameter in small particles of gold and platinum // Surface Science. – 1985. – Vol. 156, – P. 487-494. https://doi.org/10.1016/0039-6028(85)90610-7
(41) Schamp C. T., Jesser W. A. On the measurement of lattice parameters in a collection of nanoparticles by transmission electron diffraction // Ultramicroscopy. – 2005. – Vol. 103, – No. 2. – P. 165-172. https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2004.11.007
(42) Буянов Р.А., Чесноков В.В. О процессах, происходящих в металлических частицах при каталитическом разложении на них углеводородов по механизму карбидного цикла // Химия в интересах устойчивого развития. – 2005. – T. 13. – C. 37–40.
(43) Buyanov R.A., Chesnokov V.V. Regularities of Catalytic Formation of Carbon Composites for Various Purposes via Decomposition of Hydrocarbons on Iron Subgroup Metals // Eurasian ChemTech Journal. – 2000. – Vol. 2, No. 3-4. – P. 223-230.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
