OARS - Open Access Rewards System
DOI : 10.2240/azojono0123

Auswahl des Anwendungsspezifischen Einzelnen und Mehrwandigen Kohlenstoffes Nanotubes durch In-situKennzeichnung von Leitfähige und Bereich-Emissions-Eigenschaften

DESYGN IT - Sonderausgabe

Auslegung, Synthese und Wachstum von Nanotubes für Industrietechnik

Jana Andzane, Joseph M. Tobin, Zhonglai Li, Juris Prikulis, Kennzeichen Baxendale, Håkan Olin, Justin D. Holmes und Donats Erts

Copyright AZoM.com Pty Ltd.

Dieses ist ein der Belohnungs-Anlage AZO-Freien Zugangs Artikel (AZO-RUDER), der im Sinne der AZO-RUDER http://www.azonano.com/oars.asp verteilt wird, denen uneingeschränkter Gebrauch der Erlaubnis die Originalarbeit ist richtig zitiert aber ist begrenzt auf nicht gewerbliche Verteilung und Wiedergabe lieferte.

Eingegeben: Am 6. November 2007th

Bekannt gegeben: Am 16. November 2007th

DOI: 10.2240/azojono0123

Themen Umfaßt

Zusammenfassung

Hintergrund

Methoden und Materialien

SWCNTs Nanotubes

Gefäß Baumuster MWCNTs

BambusBaumuster MWCNT

SCF Gewachsenes Nanotubes

Ergebnisse und Diskussion

Bereich Emissions-Eigenschaften

Elektrische Kennzeichnung Unter Verwendung einer Zwei Fühler-Methode

Nanotube-Qualität

Schlussfolgerungen

Quittungen

Bezüge

Kontaktdaten

Zusammenfassung

Die Eigenschaften der leitfähiger und Bereichemission von einzelnen einzelnen und mehrwandigen Kohlenstoff nanotubes, gewachsen durch chemischen Dampf und überkritische flüssige Absetzungstechniken, sind unter Verwendung einer in-situtechnik des übertragungselektron Mikroskopscannen Tunnelbau-Mikroskops (TEM-STM) eingeschätzt worden. Die Leitfähigkeits- und Bereichemissionsmessungen wurden von Nanotubeelektrode Abstand erhalten und Beobachtungen in Kontakt bringen. Versuchsfeldemissionseigenschaften für alle Kohlenstoff nanotubes nachgeforscht gut befestigt zur Fowler-Nordheimgleichung, als verschiedene Austrittsarbeiten angewandt waren. Unterschiede bezüglich der Bereichemission und leitfähige Eigenschaften werden analysiert und zusammenhängen mit der Zelle der Kohlenstoff nanotubes. Die Methode, die hier dargestellt wird, ist für in-situauswahl von CNT mit gewünschten Eigenschaften für bestimmte elektronische Anwendungen geeignet.

Hintergrund

Kohlenstoff nanotubes (CNTs) sind attraktive Materialien mit einer großen Auswahl von möglichen Anwendungen. CNT basierte verschiedene elektronische Geräte, wie Transistoren [1-5], logische 6] nanoelectromechanical Einheiten der Schaltungen [, [7-9] die Fühler [10,11] ist demonstriert worden. Im Jahre 1995 wurde Bereichemission von CNTs berichtet [12,13] und nanotubes wird viel versprechende Kandidaten als Elektronenquellen eines Bereichs. [14-17]. Das hohe Längenverhältnis (Länge zum Durchmesser) des CNTs ergibt einen hohen Bereichverbesserungsfaktor, der zur Bereichemission nützlich ist.

Diese Anwendungen verlangen eine ungewöhnliche Kombination von Materialeigenschaften, wie struktureller Starrheit, elektrischer Leitfähigkeit und kleiner Dichte, besessen nur durch CNTs. Elektronische Geräte sollten den hohen Temperaturen auch widerstehen, die durch Jouleheizung und hochfeste Drücke veranlaßt werden, um Einheitsversagen zu vermeiden.

Da nanotubes durch verschiedene Methoden mit verschiedenen Zellen gewachsen werden können, ist die Auswahl eines passenden Baumusters CNT für eine selektive Anwendung eine schwierige Aufgabe. Das CNTs kann durch verschiedene Methoden wie Lichtbogeneinleitung, Laser-Entfernung, chemisches Bedampfen, (CVD) überkritisches flüssiges (SCF) und andere [18-20] mit CVD vorbereitet werden das weit verbreitetste Produktionsverfahren.

Für viele Anwendungen wie Bereichemission, sind Untersuchungen größtenteils an CNT-Filmen oder -reihen durchgeführt worden. Direkte Vergleichsmaße auf einzelnen nanotubes sind informativer als durchschnittliche Kennzeichnung auf Reihen oder großen Mengen von CNTs.

Bereichemission und leitfähige Eigenschaften sowie Abbau- und Versagenparameter von einzelnen nanotubes sind von einigen Gruppen nachgeforscht worden (sehen Sie zum Beispiel [21-24]. Jedoch nach bestem Wissen hat, eine Studie schon zu sein, die auf den verschiedenen nanotubes durchgeführt wird, die unter identischen experimentellen Bedingungen nachgeforscht werden. Unterschiedliche Tatsachen sind auf der Lebenszeit, Abbau und Versagen von einzelnen nanotube Emittern [21,23,24] sowie auf den leitfähigen Eigenschaften, elektrische Zusammenbruchvorrichtung und Parameter von einzelnen nanotubes während Zweipunkt Kennzeichnung [22] zur Zeit verfügbar, aber sie ist häufig problematisch, Eigenschaften von den verschiedenen nanotubes zu vergleichen wegen der experimentellen Bedingungen, die nicht die selbe sind.

In diesem Papier berichten wir über eine systematische Studie der Eigenschaften der leitfähiger und Bereichemission für einzel-ummauert, des mehrwandigen, einschließlich Bambus-strukturierte Kohlenstoff nanotubes (BCNTs) und einzel-ummauertes CNT, das mit C-Molekülen60 gefüllt wird. Alle Zellen wurden unter identischen Bedingungen nachgeforscht und verglichen. Neuentwickelte in-situtechniken [25-29] in dem der Kontaktplatz und -form während der Maße eingestellt werden und beobachtet werden können, wurden in unseren Experimenten verwendet. Die nanotubes wurden durch Absetzung des chemischen Dampfes und (CVD) überkritische flüssige Methoden (SCF) vorbereitet.

Methoden und Materialien

Ein Scannentunnelbaumikroskop, aufgebaut in einer Beispielhalterung eines Durchstrahlungselektronenmikroskops (TEM-STM) [29,30], wurde verwendet, um die nanotubes zu manipulieren und zu prüfen, wie in Abbildung 1. dargestellt. Die nanotubes waren auf eine Goldspitze unter Verwendung des elektrisch leitfähigen Klebers CW2400 geklebt, durch den der elektrische Kontakt aufgenommen wurde; die zweite Spitze wurde als die Gegenelektrode verwendet und konnte in TEM direkt beobachtet werden.

Abbildung 1. Diagramme der Messanordnung innerhalb des Durchstrahlungselektronenmikroskops

Experimente wurden in einem Mikroskop Philipss TEM-301 durchgeführt, das bei 80 KV funktioniert, ausgerüstet mit einer Scharfen CD-Kamera der Ansicht-II für Bilddatenerfassung. Vakuum in der Beispielkammer war- PA ungefähr-3 10. Der Vorspannungs- und Beispielstrom wurde durch ein Quellmeter (Keithley 6430) gesteuert.

Die Kohlenstoff nanotubes wurden durch die CVD- und SCF-Technik produziert. Die Längen der nanotubes waren zwischen µm 600 nm und 8, und die Radien waren zwischen 7 und 50 nm. Nicht gereinigte mehrwandige Kohlenstoff nanotubes von Aldrich wurden als Referenz gemessen.

CVD gewachsene Wand und multiwall CNTs wurden auf MgO unterstütztem Co/Mo (Gefäßbaumuster nanotubes) CNTs und Pd/Mo (Bambusbaumuster nanotubes) Katalysatoren synthetisiert. MgO wurde durch die Aufspaltung von Mg (2OH-) CO2 bei3 ºC 450 für 6 Stunde [31] vorbereitet.

SWCNTs Nanotubes

Wurden wässerige Lösungen von Co (3NEIN2)2 .6H0 und (4NH)6242 MoO.HO mit der MgO-Halterung mit einer Co vorbereitet und gemischt: Molares Verhältnis MOs des 3:2 folgte vom Trocknen in einem Ofen an 80Co. Das getrocknete Vorläuferpulver wurde dann bei ºC 550 kalziniert. 0,3 g des Katalysators wurde in ein Quarzgefäß gelegt und geheizt zu ºC 800 in einer Verringerungsatmosphäre von H/Ar2 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 300 ml-Protokoll-1 für 30 Min. Methan wurde dann in das Gefäß mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 50 ml Min. geführt.-1 Die Vegetationsperiode für SWNT-Entstehung wurde bei Protokoll 60 eingestellt, nachdem wurde der Ofen zur Raumtemperatur abgekühlt. Um reines SWNT-Material zu gewinnen, wurde das wie-vorbereitete Material mit 6 M HNO behandelt3 und wurde durch Wasser gewaschen um den Katalysator zu löschen.

Gefäß Baumuster MWCNTs

Wurden wässerige Lösungen von Co (3NEIN2)2 .6H0 und (4NH)6242 MoO.HO mit der MgO-Halterung mit einer Co vorbereitet und gemischt: MO-Gewichtsverhältnis des 3:4 folgte vom Trocknen in einem Ofen an 80Co. Das getrocknete Vorläuferpulver wurde dann bei ºC 550 kalziniert. 0,3 g des Katalysators wurde in ein Quarzgefäß gelegt und geheizt bis 800, die ºC in einer Verringerungsatmosphäre von H/Ar2 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 300 ml-Protokoll-1 für 30 Min. Methan dann in das Gefäß mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 200 ml-Protokoll mit einem-1 H/Ar geführt wurde,2 Strömungsgeschwindigkeit von 100 ml Min.-1 Die Vegetationsperiode für MWNT-Entstehung wurde bei Protokoll 60 eingestellt, nachdem wurde der Ofen zur Raumtemperatur abgekühlt. Um reines MWNT-Material zu gewinnen, wurde das wie-vorbereitete Material mit 6 M HNO behandelt3 und wurde durch Wasser gewaschen um den Katalysator zu löschen.

BambusBaumuster MWCNT

Eine wässerige Lösung von PD (NEIN3)2 .xHO2 und (NH4) MoO.HO6242 wurde mit der MgO-Halterung gemischt, gefolgt von der Sonorisierung für 30 minimal und Abdampfen. Das getrocknete Vorläuferpulver wurde bei 500 gesintert, die ºC 6 Stunde lang 0,3 g des Katalysators in ein Quarzgefäß gelegt wurde und geheizt zu ºC 900 in einer Verringerungsatmosphäre von H/Ar2 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 300 ml-Protokoll-1 für 30 Min. Methan wurde dann in das Gefäß mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 100 ml Min. geführt.-1 Die Vegetationsperiode für BCNTs-Entstehung wurde bei Protokoll 30 eingestellt, nachdem wurde der Ofen zur Raumtemperatur abgekühlt. Um reines BCNTs-Material zu gewinnen, wurde das wie-vorbereitete Material mit 6 M HNO behandelt3 und wurde durch Wasser gewaschen um den Katalysator zu löschen.

SCF Gewachsenes Nanotubes

SCF gewachsene nanotubes wurden auf ein MgO unterstützten 3 wt.% Co und 4 wt.% MO Katalysator [20] vorbereitet. In einem typischen SCF-Absetzungsexperiment wurde 0,5 Katalysator g Co/MgO in einen Hochdruckreaktor (Inconel 625 GR2- Verschluss-tite, Inc.) gelegt und wurde unter Verwendung H/Ar (2Protokoll V/V=20/180 ml)-1 bei °C 750 für 30 min. CO verringert, während die Kohlenstoffquelle zuerst einem 450 ml-Edelstahlhydrauliktank bei °C 40 in einem temperaturgeregelten Wasserbad hinzugefügt wurde. Eine Durchfließungsanlage wurde festgelegt, indem man den Einlass und die Ablassventile des Kohlenstoffquellhydrauliktanks anschloss, der einen Kolben, zu einer Spritzenpumpe 260 ml ISCO (Lincoln, NE) und zum Reaktionsgefäß beziehungsweise enthielt. Ein hinterer Druckregler behielt die Anlage mit konstantem Druck bei und steuerte die Strömungsgeschwindigkeit von CO durch die Anlage. Die Reaktionszeit wurde auf 60 Min. eingestellt. Nachdem der Reaktor unten zur Raumtemperatur abgekühlt wurde, wurde das Kohlenstoff-/Katalysatorpulver mit 6M HNO behandelt3.

Ergebnisse und Diskussion

Bereich Emissions-Eigenschaften

Für Bereichemissionsexperimente ein hohes elektrisches Potenzial (bis 250 V) waren zwischen dem CNT und der Gegenelektrode angewandt. Die TEM-SPM Installation erlaubt genaue Regelung und Maß der Stellung des CNT im Verhältnis zu der Anode und anderen umgebenden Nachrichten (Feige 2a). Der lokale Bereich wurde unter Verwendung [ 21] geschätzt, wo das angewandte Potenzial, ist der Interelectrodeabstand, ist der Bereichverbesserungsfaktor ist. Das geometrische Bereichverbesserungs-Faktor γ für nanotubes wurde durch ihre Länge L und Radius als γ = bestimmt (0.87L/r+ 4,5) [32,33]. In unserem Fall überschreitet der Bereichverbesserungsfaktor 100 für die meisten nanotubes, die außer CVD gewachsenem Gefäß wie MWNTs nachgeforscht werden, für den γ=20 (Tabelle 1).

Stellen Sie 2b und Showvergleich der Tabelle 1 des Bereichemissionsstroms als Funktion des lokalen Bereichs für alle nachgeforschten Baumuster Kohlenstoff nanotubes dar.

Abbildung 2. A) TEM-Bild eines CVD gewachsenen multiwall Kohlenstoff nanotube während der Bereichemissionsmessungen; B) aktuelle Abhängigkeit auf lokalem Bereich für verschiedene Baumuster von CNT. Vollinien befestigen mit der Fowler-Nordheimtheorie, die unter Verwendung Austrittsarbeit 8,1 eV für Bambus wie nanotubes und für andere - eV 5,1 berechnet wird.

Gewöhnlich setzt die Bereichemission für MWCNT gewachsen auf Co-/Mokatalysator an den lokalen Bereichen von 1,5 - 4,1 V/nm (Tabelle 1) und sättigt an den lokalen Bereichen von 3,0 - 4,6 V/nm ein, der mit den Literaturdaten für mehrwandige Kohlenstoff nanotubes [21] vergleichbar ist. Unsere Daten für CVD gewachsenes SWNTs, das nicht mit C-Molekülen gefüllt wird und60 gefüllt ist, zeigen, dass Bereichemission an den fast identischen Spannungen zu denen beginnt, die für MWNTs beobachtet werden. Handels-CVD gewachsene nanotubes (von Aldrich) und MWCNTs gewachsen durch die neuen überkritischen flüssigen der Methodenausstellung der Absetzung (SCF) Bereichemissionseigenschaften fast identischen auf die gewachsen durch die CVD-Methode auf einem Co-/Mokatalysator (Fig. 2b). Bereichemission und leitfähige Eigenschaften von CNTs wird durch den Grad der Graphitbildung [34] beeinflußt. Entsprechend unseren Ergebnissen ist die Situation schwieriger. Raman-Spektrum für CVD gewachsenes SWCNTs und SCF gewachsene nanotubes (Abbildung 3) zeigt Unterschied in G- und D-Band Höhenverhältnisse. G- und D-Bänder entsprechen Masseverbindung2 SPs (leitfähige Zellen) und3 SPs (nicht leitfähige Zellen) in CNTs. Zwar wird G-/Dbandverhältnis und der konsequente höhere Grad an Graphitbildung für CNTs beobachtet, das auf Co-/Mokatalysator gewachsen wird, beobachten wir nicht bemerkenswerte diffrences in den Bereichemissionseigenschaften von CVD und von SCF gewachsenen nanotubes. G-/Dverhältnis für Bambus wie Zellen ist sogar höher, als für CVD gewachsenes SWCNTs jedoch die Bereichemission für Bambus geformtes MWCNTs gewachsen auf MgO unterstütztem Pd-/Mokatalysator durch die CVD-Methode an den viel höheren lokalen Bereichen 7-8 V/nm montierte (Abbildung 2b).

Abbildung 3. Raman-Spektren der CVD-gewachsenen einzelnen Wand CNTs vorbereitet durch Methanaufspaltung an 800C und SCF-gewachsenes multiwall CNTs durch CO-Missverhältnis an 750C.

Die Abhängigkeit des Stroms auf dem lokalen Bereich erhalten für alle nachgeforschten nanotubes gut befestigt zum Fowler-Nordheimbaumuster (sehen Sie, Stellen Sie Vollinien 2b) dar, das angibt, dass das aktuelle (i) pro Emitter mit dem lokalen Bereich an der Fläche des Emitters (a) [36,37] schwankt:

(1)

wo Φ die Austrittsarbeit ist, ist V die angewandte Spannung; und d ist der Interelectrodeabstand.

Für alle nanotubes ausgenommen das BCNTs, Bereichemissionseigenschaften befestigt zum Fowler-Nordheimbaumuster, als ein Wert für die Austrittsarbeit von Graphit-5,1 eV [5] verwendet wurde. Der eigenartige lokale Bereich, der für Emission vom BCNTs benötigt wurde, benötigte einen Austrittsarbeitwert von eV 8,1 verwendet zu werden. Die Kreuzungen in diesen BCNTs sind wahrscheinlich, das effektive L-/rverhältnis, das zu beeinflussen den Bereichverbesserungsfaktor bestimmt und vergrößern die Emissionsschwellwertbereiche.

Der durchschnittliche Bereichemissionsstrom war an der Sättigung entschlossen (sehen Sie Tabelle 1) und geschwankt von Na 10 zu Na 500 für CVD gewachsenes Gefäß wie MWCNTs, von Na 100 zu µA 1,5 für BCNTs und von Na 150 zu µA 2 für SCF gewachsenes MWCNTs. Bereich-Emissionsstrom Handelsüblicher (Aldrich) MWCNTs-Ausstellung höherer - μA bis 10. Vorher berichtete Werte für Bereichemissions-Sättigungsstrom für CVD gewachsene nanotubes schwankten in einen sehr großen Abstand von Na 2 zu µA 9 [19]. Bereichemissions-Sättigungsstrom für CVD gewachsenes SWCNTs, das von Na 100 zu µA 5 µA für leeres und bis 10 für C unterschieden wurde, 60 füllte SWCNTs. Während der Bereichemission schwankten Kennzeichnung des einzelnen nanotubes Bereich-Emissionsstroms an der Sättigung rechtzeitig zu ungefähr 50% von Durchschnittswerten, ähnlich denen, die vorher berichtet wurden [38].

Tabelle 1. Bereichemissionseigenschaften von CNTs gewachsen an den verschiedenen Bedingungen.

Eigentum

MWCNT

Gefäß ähnlich

SWCNT

SWCNT gefüllt mit C60

MWCNT

Aldrich

MWCNT

SCF

MWCNT

Bambus ähnlich

Emission beginnen oben lokalen Bereich, V/nm

1.5-4.1

3.0-4.9

3.5- .4

4.5-5.5

2.5-4.5

8-10

Bereichemissionsstrom, μA

0.01-0.5

0,1 - 5,0

0,1 - 10,0

5 - 15

0,15 - 2,0

0,1 - 1,5

Abschaltstrom, μA

0.1-1.0

0.15-10.0

2.5-10.0

10-0 25

0.45-3.5

0.45-2.0

Brechen des lokalen Bereichs, V/nm

3,0 - 6,0

4,0 - 6,0

4,0 - 9,0

6,0 - 8,0

3,5 - 8,0

9,0 - 12,0

Brechen des Platzes

im Kontakt

im Kontakt

allmähliche Zerstörung

allmähliche Zerstörung

im Kontakt

im Kontakt allmähliche Zerstörung

Bereichverbesserungsfaktor

20±5

110±30

90±10

105±15

135±30

150±30

An den hohen lokalen Bereichen wurde Versagen der nanotubes beobachtet (Feige 4, Tabelle 1). Versagenstrom war ungefähr 2mal höher als Sättigungsstrom. Lokale Bereiche des Versagens werden in Tabelle 1 dargestellt und unterschieden von 3-4.6 V/nm für Gefäß Ähnliches MWCNTs und von bis 12 V/nm für Bambus Ähnliches MWCNTs. Literaturwerte des Brechens von lokalen Bereichen für CVD gewachsene nanotubes von den verschiedenen Gruppen unterschieden in den Abstand von 3 bis 10 V/nm [19,21].

Brechend waren lokale Bereiche für SWCNTs mit MWCNTs (bis 6 V/nm) vergleichbar, während C-Gefülltes60 SWNTs eine höhere Stabilität mit dem Brechen von lokalen Bereichen bis zu 9 V/nm aufwies. Ein allmählicher Abbau C-Gefüllten60 SWNTS und BCNTs-Emitter an den hohen angewandten Spannungen (200-250V) wurden wie in Abbildung 4 gezeigt beobachtet (sehen Sie auch Tabelle 1.), während alle weiteren nanotubes am schwachen Kontakt zwischen dem CNT und der Goldspitze ausfielen; in diesem Fall löscht das CNT völlig von der Goldspitze, wenn der Emissionsstrom nicht sehr hoch ist-.

Abbildung 4. Eine allmähliche Zerstörung eines einzel-ummauerten CNT, das mit C-Molekülen60 gefüllt wird, rollen an der konstanten Spannung zusammen (200 V) trafen zu. Die Zeit zwischen Bildern ist 10 S.

Elektrische Kennzeichnung Unter Verwendung einer Zwei Fühler-Methode

Um die elektrische Leitfähigkeit des einzelnen CNTs zu messen, wurde das nanotube in direkten Kontakt mit einer Gegenelektrode wie in Abbildung 5a gezeigt geholt. I (V) wendeten sich Eigenschaften aller Baumuster CNTs in diesem Papier werden gezeigt in der Abbildung 5c.

Tabelle 2. Leitfähige und brechende Eigenschaften von CVD-gewachsenem CNTs

Eigentum

SWCNT

SWCNT gefüllt mit C60

MWCNT
Gefäß mögen

MWCNT
Bambus mögen

MWCNT
SCF

MWCNT
Aldrich

Brechen von Spannung, V

4,5 - 6,0

5,0 - 11,0

4,0 - 4,5

≥25

0,7 - 8,0

0,7 - 5,0

Abschaltstrom, μA

12 - 19

7 - 80

10 - 18

≥0.3

0.0003- 0,01

0,0005 - 0,005

Brechen des Platzes

nahe dem Kontakt

nahe der Mitte

nahe der Mitte

nahe der Mitte

nahe der Mitte

nahe dem mittleren nahe dem Kontakt

Dementsprechend können Widerstände für alle nanotubes in zwei Gruppen unterteilt werden. Der Widerstand der ersten Gruppe (Gefäß Ähnliches MWCNTs und SWCNTs) von nanotubes schwankte in den Abstand von 250 kΩ - 1MΩ, das für Zweifühler Kennzeichnung von CVD gewachsenem CNTs [19] typisch ist. Der Widerstand in dieser Gruppe verringert sich in die Ordnung des CVD gewachsenen Gefäßes wie MWCNTs, leer und mit C SWCNTs60 gefüllt (Abbildung 5c). C-Gefülltes60 SWNTS wies niedrigeren Widerstand im Vergleich zu ungefülltem SWNTS auf. Für CVD waren gewachsenes BCNTs, Handels-MWCNTs und SCF gewachsenes MWNTs, der Widerstand, der gemessen wurde, durch 3 Größenordnungen im Vergleich zu Daten für erste Gruppe nanotubes höher, die oben berichtet wurden. Grund für solche Unterschiede für SCF und Handels-nanotubes ist möglicherweise ein niedrigerer Grad an Graphitbildung im Vergleich zu den nanotubes, die auf C0-/Mokatalysator gewachsen werden. Wie in Raman-Spektren gezeigt (Abbildung 3), SCF-nanotubes weisen niedrigeren Grad an Graphitbildung im Vergleich zu den nanotubes auf, die auf Co-/Mokatalysator durch die CVD-Methode gewachsen werden. Unsere Meinung ist, dass die Werbung und SCF die gewachsenen nanotubes fragmentarische Außengehäuse mit einem High-density von Defekten haben. Im Falle der Zweipunkt Kennzeichnung verweisen die Gegenelektrodekontakte auf defekte Außengehäuse, anstatt, weniger defekte Innengehäuse aktuell-zu tragen. Um Elektronentransport durch Innengehäuse zur Verfügung zu stellen, wird eine höhere Spannung gefordert. Wie vorher berichtet, sind äußere Schichten Kohlenstoff nanotubes im Elektronentransport dominierend und bestimmen deshalb die Leitfähigkeit der nanotubes [22]. Vielleicht nehmen innere Schichten an den beträchtlichen Unterschieden der Bereichemission deshalb bezüglich der Bereichemission zwischen CVD teil und SCF gewachsene nanotubes wurden (Abbildung 2b) nicht im Vergleich zu dem Unterschied bezüglich der Widerstände beobachtet (Abbildung 5c). Es ist möglich, dass die Kreuzungen, die im Bambus wie Zellen vorhanden sind gleichmäßig, die Leitfähigkeit in den äußeren und inneren Wänden des CNTs verringern. Dieses Eigentum erhöht möglicherweise den Widerstand der Bereichemission und -leitfähigkeit.

Nanotube-Qualität

Um die Qualität der nanotubes zu kennzeichnen, wurden Versagenstrom und Spannungen bestimmt (sehen Sie Tabelle 2). Nanotube-Versagenstrom war µA bis 20 µA für CVD-gewachsenes SWNTs und MWNTs und bis 80 für C-Gefülltes60 SWNTs. Versagenspannungen waren bis 5 V für SWNTs und bis 10 V für C-Gefülltes60 SWNTs (sehen Sie Tabelle 2). Bambusbaumuster CNTs sind sogar bei 25 V stabil, das bedeutet, dass diese nanotubes in den hohen Anwendungen des elektrischen Bereichs verwendet werden können. Abbildung 5b zeigt, dass das nanotube nahe seiner Mitte gestört wird, die für alle Baumuster nanotubes beobachtet worden ist. Dieses Ergebnis schlägt vor, dass die Gefäße resistively erhitzt waren und dass die Temperatur lokal hoch genug wird, um die Graphitwand zu verdunsten; infolgedessen wird der Einbauort des Schadens durch Jouleheizung nicht durch das Vorhandensein von Defekten im CNT bestimmt. Infolgedessen hat der Einbauort der Defekte einen Effekt auf den Schnittpunkt des CNT nicht unter Beobachtung. In anderen Arbeiten [19,21] nanotube Versagen wurde nahe der Mitte und in den Kontaktregionen gefunden.

Abbildung 5. A) MWCNT gewachsen durch CVD-Methode und B) nanotube, das während Zweifühler Maße bricht; c) Vergleich zwischen I (V) Kurven von verschiedenen Baumustern von CNTs: 1 - singlewall CNTs gefüllt mit C-60 Molekülen, 2 - leeren Sie singlewall CNTs, 3 - multiwall CNTs gewachsen auf Co-/Mokatalysator, 4 - handelsübliches multiwall CNTs, 5 Aldrich - multiwall CNTs gewachsen auf Pd-/Mokatalysator, 6 - multiwall CNTs gewachsen durch überkritische flüssige Methode.

Schlussfolgerungen

Die Bereichemission und die leitfähigen Eigenschaften von Vielzahl von SWNTs und von MWNTs wurden unter identischen Bedingungen innerhalb eines Durchstrahlungselektronenmikroskops studiert. Leitfähigkeits- und Bereichemissionseigenschaften waren nanotube Zellenabhängiges. Unterschiede bezüglich der Eigenschaften, ob leitfähige oder Bereichemission, abgehangen von der Zelle der äußeren Schichten, das Vorhandensein von Kreuzungen im Bambusbaumuster nanotubes und ob die nanotubes mit C-Molekülen gefüllt worden60 waren. Nanotubes füllte mit C-60 Molekülen zeigen verbesserte Eigenschaften der leitfähiger und Bereichemission. Bambuszellen wiesen schlechtere Bereichemissionseigenschaften im Vergleich zu den anderen CNT-Zellen auf; jedoch waren diese nanotubes an den höheren elektrischen Bereichen stabiler. Wir schlagen, dass die Qualität der äußeren Schichten von nanotubes die Leitfähigkeit von nanotubes durch 3 Größenordnungen verringern kann, ohne die Bereichemissionseigenschaften beträchtlich zu beeinflussen vor. Filled einzel-ummauerte und Bambus wie höhere brechende Bereiche multiwall Kohlenstoff nanotubes Ausstellung im Vergleich zu leerem sondern und Gefäß wie multiwall Kohlenstoff nanotubes aus. Während Zweifühler Maße trat das Versagen von nanotubes an den hohen elektrischen Bereichen nahe an der nanotube Mitte auf. Diese Ergebnisse schlagen vor, dass der brechende Platz nicht durch den Einbauort von Defekten innerhalb der nanotubes aber durch Jouleheizung bestimmt wird. Auch allmähliche Zerstörung von nanotubes während der Bereichemission wurde für C gefülltes60 SWNTs und Bambusbaumuster MWNTs beobachtet. Diese Experimente zeigten, dass TEM SPM, das mit GLEICHSTROM-Elektroden ausgerüstet wird, ein wertvolles Hilfsmittel für systematische Kennzeichnung von einzelnen Kohlenstoff nanotubes gewesen ist. Es kann als überlegen gelten Lithographiemethoden wegen der schnelleren Datenerfassung von Ergebnissen.

Quittungen

Diese Arbeit wurde durch das Gerichtete Forschungsprojekt DESYGN-IT (Kein NMP4-CT-2004-505626) EU Besondere und Lettisches Nationales Programm in den Materialkunden unterstützt. J.A. und Halterung J.P. Acknowledge von ESF.

Bezüge

1. Sonnenbräunen S.J., Verschueren A.R.M., Dekker C., „Raumtemperaturtransistor basiert auf einem einzelnen Kohlenstoff nanotube“, Natur, 393, 49-52, 1998.

2. Postma H.W. Ch., Teepen T., Yao Z., Grifoni M., Dekker C., „Kohlenstoff Nanotube-Einzel-Elektron Transistoren bei Zimmertemperatur“, Wissenschaft, 293, 76-79, 2001.

3. Auvray S., Derycke V., Goffman M., Filoramo A., Jost O. und Bourgoin J. - P., „Chemische Optimierung von Selbst-Zusammengebauten Kohlenstoff Nanotube-Transistoren“, Nano--Lett., 5(3), 451-455, 2005.

4. Xiao K., Liu Y., HU P., Yu G., Fu L. und Zhu D., „Hochleistungsfeldeffekttransistoren hergestellt von einer multiwall CNx/C nanotube intramolekularen Kreuzung“, Appl. Phys. Lett., 83(23), 4824-4826, 2003.

5. Weitz R.T., Zschieschang U., Effenberger F., Klauk H., Burghard M., Kern K., „Leistungsstarke Kohlenstoff Nanotube-Bereich-Effekt-Transistoren mit einem Dünnen Tor-Nichtleiter Basiert auf einer Selbst-Zusammengebauten Monomolekularen Schicht', Nano--Lett., 7, 22-27, 2007.

6. Bathold A., Hadley P., Nakanishi T., Dekker C., „Logikschaltungen mit Kohlenstoff Nanotube-Transistoren“, Wissenschaft, 294, 1317-1320, 2001.

7. Rueckes T., Kim K., Joslevich E., Tseng G.Y., Cheung C. und Lieber C.M., „Kohlenstoff-Nanotube-Basierter Nichtflüssiger Direktzugriffsspeicher für die Molekulare Datenverarbeitung“, Wissenschaft, 289, 94, 2000.

8. Lee S.W, Lee D.S., Morjan R.E., Jhang S.H., Sveningsson M., Nerushev O.A., Park Y.W. und Campbell E.E.B, „ein Drei Endstück-Kohlenstoff Nanorelay“, Nano--Lett. 4, 2027, 2004.

9. KE C., Espinosa H.D., „In-situELEKTRONENMIKROSKOPIE-Elektromechanische Kennzeichnung einer Bistabilen NEMS-Einheit“, Klein, 2(12), 1484 - 1489, 2006.

10. Park M., Kolabaum B., Siegmund T., Xu J., Maschmann M.R., Fisher T.S. und Kim H., „Effekte einer Kohlenstoff Nanotube-Schicht auf Elektrischen Durchgangswiderstand Zwischen Kupfernen Substratflächen“, Nanotechnologie, 17, 2294-2303, 2006.

11. Brian H., Halsall H.B., Dong Z., Jazieh A., Tu Y., Wong D., Pixley S., Behbehani M.l und Schulz M.J., „ein Kohlenstoff Nanotube-Nadel Biosensor“, J. Nanosc. Nanotechn., 7, 2293-2300, 2007.

12. Rinzler A.G., Hafner J.H., Nikolaev P., Lou L., Kim S.G., Tomanek D., Nordlander P., Colbert D.T., Smalley R.E., „Nanotubes Entwirrend - Bereich-Emission von einem AtomKabel', Wissenschaft, 269(5230), 1550-1553, 1995.

13. Deheer W.A., Chatelain A., Ugarte D., „eine Kohlenstoff Nanotube-Bereich-Emissions-Elektronenquelle“, Wissenschaft, 270(5239), 1179-1180, 1995.

14. Wong Y.M., Kang, W.P., Davidson J.L., Wisitsora-An A., Soh K.L., Fisher T.S., Li Q., Xu J.F., „der Bereich-Emitter Unter Verwendung des Mehrwandigen Kohlenstoffes Nanotubes Gewachsen auf der Silikon-Spitzen-Region durch Mikrowelle Plasma-Erhöhte Chemisches Bedampfen“, J. Vac. Sci. Technol. B, 21(1), 391-394, 2003.

15. Bonard J.M., Weiss N. Kind H., Stockli T., Forro L., Kern K, Chatelain A., „die Bereich-Emissions-Eigenschaften von Kopierten Kohlenstoff Nantoube-Filmen Justierend“, Adv. Mater., 13(3), 184-188., 2001.

16. Wang Q.H., Corrigan T.D., Dai J.Y., Chang R.P.H., Krauss A.R., „Bereich-Emission von den Nanotube-Bündel-Emittern an den Niedrigen Bereichen“, Appl. Phys. Lett., 70(24), 3308-3310, 1997.

17. Pan Z.W. Au F.C.K., Lai H.L., Zhou, W.Y., Sun L.F., Liu, Z.Q., Zapfen D.S., Lee C.S., Lee S.T., Xie, S.S., „Formloser Kohlenstoff Nanowires Nachgeforscht durch Fast-Rand-x-Ray-Absorption-Fein-Zellen“, J. Phys. Chem. B, 105(8), 1519-1522, 2001.

18. Iijima S., „Schraubenartige Microtubules des GraphitKohlenstoffes“, Natur, 354(6348), 56-58, 1991.

19. „Kohlenstoff Nanotubes“. Dresselhaus M.S., Dresselhaus G., Eds Avouris Ph. Themen in Angewandter Physik, Springer Verlag, Berlin, 80, 1 - 430, 2001

20. „Lis Z., Andzane J., Erts D., Tobin J.M., Wangs K., Morriss M.A., Attard G. und Holmes J.D. eine Neue Überkritische Flüssige Methode für das Wachsen des Kohlenstoffes Nanotubes“, Adv. Mater., in der Druckerei.

21. Bonard J.M., Klinke C., Dekan K.A. und Coll B.F., „Abbau und Versagen von Kohlenstoff Nanotube-Bereich-Emittern“, Phys. Rev. B, 67, 115406 - 1, 2003.

22. Collins P.G., Arnold M.S., Avouris P., „Kohlenstoff Nanotubes und Nanotube-Schaltungen Unter Verwendung des Elektrischen Zusammenbruches Ausführend“, Wissenschaft, 292 (5517), 706 - 709, 2001.

23. Wey W., Liu Y., Jiang K., Peng L.M. und Ventilator S., „Spitzen-Kühlwirkung und Versagen-Vorrichtung des Bereich-Ausstrahlenden Kohlenstoffes Nanotubes“, Nano--Lett., 7(1), 64-68, 2007.

24. Klingeln F., Jiao K., Lin Y., Yakobson B., „Wie VerdunstungsKohlenstoff Nanotubes Behalten Ihre Perfektion bei? “, Nano--Lett., 7(3), 681-684, 2007.

25. Ohnishi H., Kondo Y., Takayanagi K. „Quantized Leitfähigkeit durch einzelne Reihen von verschobenen Goldatomen“, Natur 395, 780-783, 1998.

26. Kizuka T. „Atomprozeß vom Punktkontakt im Gold studierte durch zeit-entschlossene hochauflösende Transmissions-Elektronenmikroskopie“ Phys. Rev. Lett. 81(20), 4448-4451, 1998.

27. Poncharal P., Wang Z.L., Ugarte D., de Heer W.A. „Elektrostatische Ausschläge und Elektromechanische Resonanzen vom Kohlenstoff Nanotubes“, Wissenschaft 283, 1513-1516, 1999.

28. Cumings J. und Kohlenstoff Zettl A. „Reibungsarme Lineare Peilung Nanoscale Verwirklicht von Multiwall Nanotubes“ Wissenschaft 289, 602-604, 2000.

29. Erts D., Olin H., Ryen L., Olsson E. und Thölén A. „Maxwell und Sharvin-Leitfähigkeit in den GoldPunkt-Kontakten Nachgeforscht Unter Verwendung TEM-STM „, Phys. Rev. B 61, 12725-12728, 2000.

30. Erts D., Lõhmus A., Lõhmus R. und Olin H., „Instrumentierung von STM und FLUGHANDBUCH Kombiniert mit Durchstrahlungselektronenmikroskop“, Appl. Phys., A 72 (7), S71-S74, 2001.

31. Li Q.W., Yan H., Cheng Y., Zhang J., Liu Z.F., „eine Ersteigbare CVD-Synthese Einzel-Ummauerten Kohlenstoffes des Von Hohem Reinheitsgrad Nanotubes Mit Porösem MgO als Hilfsmaterial“, J. Mater. Chem., 12(4): 1179-1183, 2002.

32. Cumings J., Zettl A., McCartney M.R. und Spence J.C.H., „Elektron-Holografie des Bereich-Ausstrahlenden Kohlenstoffes Nanotubes“, Phys. Rev. Lett. 88, 056804, 2002.

33. Maiti A., Brabec C.J., Roland C.M. und Bernholc J., „Wachstums-Energetik des Kohlenstoffes Nanotubes“, Phys. Rev. Lett. 73, 2468, 1994.

34. Tönen Sie J.H., Chang C.C., Chen S.L., Lu D.S., Kung C.Y. und Huang F.Y. „Optimierung von Bereich-Emissions-Eigenschaften des Kohlenstoffes Nanotubes durch Taguchi-Methode“, Dünne Magnetspule. Filme, 496, 299-305, 2006.

36. Gadzuk J.W. und Plummer E.W., „Bereich-Emissions-Energie-Verteilung (FEED)“, Rev. Mod. Phys. 45, 487-548, 1973.

37. Brodie I. und Spindt C., „VakuumMikroelektronik“, Adv. Elektron. Elektron. Phys. 83, 1, 1992.

38. Tuggle D.W., Jiao J. und Dong L.F. „Bereichemissionsstromfluktuieren von getrennten Kohlenstoff nanotubes“ Surfen. Schnittstelle Anal. 36, 489-492, 2004

Kontaktdaten

Jana Andzane, Juris Prikulis und Donats Erts

Institut der Chemischen Physik,
Universität von Lettland
Raina-Boulevard 19
LV-1586 Riga
Lettland

Jana.Andzane@lu.lv
Juris.Prikulis@lu.lv
Donats.Erts@lu.lv

Joseph M. Tobin, Zhonglai Li und Justin D. Holmes

Abteilung von Chemie, von Material-Kapitel und von Überkritischer Flüssiger Mitte
Universität Korken, Korken Irland

und

Mitte für Forschung auf Anpassungsfähigem Nanostructures und Nanodevices (CRANN)
Dreiheit College Dublin
Straße Und Hausnummer

Dublin 2,
Irland

joedillanetobin@yahoo.com
j.holmes@ucc.ie

Markieren Sie Baxendale

Queen Mary
Universität von London
London, England

m.baxendale@qmul.ac.uk

Håkan Olin

Materialien Physik
Technik Physik
Mittlere Schweden-Universität
Sundswal, Schweden

hakan.olin@miun.se

Date Added: Nov 14, 2007 | Updated: Jul 15, 2013

Last Update: 15. July 2013 16:03

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit