Επιλογή των σχετικών με την εφαρμογή ενιαίας και πολλαπλών τοιχώματα νανοσωλήνες άνθρακα με in situ Characterizati

DESYGN IT - Special Edition

Σχεδιασμός, Σύνθεση και ανάπτυξη των νανοσωλήνες Βιομηχανικής Τεχνολογίας

Jana Andzane , Joseph M. Tobin, Zhonglai Li, Juris Prikulis, Mark Baxendale, Håkan Olin, Justin Δ. Holmes και Donats Erts

Copyright AZoM.com Pty ΕΠΕ

Αυτό είναι ένα AZO Open Access Ανταμοιβές Συστήματος (αζω-κουπιά) Το άρθρο διανέμεται υπό τους όρους του αζω-κουπιά http://www.azonano.com/oars.asp το οποίο επιτρέπει απεριόριστη χρήση υπό την προϋπόθεση ότι πρωτότυπο έργο είναι σωστά σε πράξεις, αλλά περιορίζεται για μη εμπορική διανομή και την αναπαραγωγή.

Υποβλήθηκε: 6 ^{Νοεμβρίου} 2007

Δημοσιεύτηκε: 16 ^{Νοεμβρίου} 2007

DOI: 10.2240/azojono0123

Θέματα που καλύπτονται

Αφηρημένο

Φόντο

Μέθοδοι και Υλικά

SWCNTs Νανοσωλήνες

MWCNTs Τύπος Tube

Μπαμπού MWCNT Τύπος

ΕΕΤ Καλλιεργείται Νανοσωλήνες

Αποτελέσματα και Συζήτηση

Πεδίο Ιδιότητες εκπομπών

Ηλεκτρικός Χαρακτηρισμός Χρησιμοποιώντας μια μέθοδο Δύο Probe

Ποιότητα νανοσωλήνων

Συμπεράσματα

Ευχαριστίες

Αναφορές

Στοιχεία Επικοινωνίας

Αφηρημένο

Οι ιδιότητες εκπομπής αγώγιμη και στον τομέα των ατομικών και μόνο και Πολύτοιχες νανοσωλήνες άνθρακα, που καλλιεργούνται με ατμού με χημικές και υπερκρίσιμη τεχνικές απόθεσης υγρών, έχουν αξιολογηθεί με βάση ένα in-situ ηλεκτρονικό μικροσκόπιο-μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (ΤΕΜ ΕΕΜ) τεχνική. Οι μετρήσεις εκπομπών αγωγιμότητα και τον τομέα ελήφθησαν από απόσταση νανοσωλήνων-ηλεκτρόδιο και παρατηρήσεις επαφή. Πειραματική χαρακτηριστικά εκπομπής ανταγωνισμού για όλους τους νανοσωλήνες άνθρακα διερευνηθεί τοποθετηθεί καλά στην Fowler-Nordheim εξίσωση όταν διαφορετικές λειτουργίες εργασία εφαρμόστηκαν.   Οι διαφορές στον τομέα των εκπομπών και τις ιδιότητες αγώγιμο αναλύονται και συνδέονται με τη δομή των νανοσωλήνων άνθρακα. Η μέθοδος που παρουσιάζεται εδώ είναι κατάλληλη για την επιτόπου επιλογή των CNT με τις επιθυμητές ιδιότητες για συγκεκριμένες ηλεκτρονικές εφαρμογές.

Φόντο

Οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) είναι ελκυστικά υλικά με ένα ευρύ φάσμα πιθανών εφαρμογών.   CNT με βάση διάφορες ηλεκτρονικές συσκευές, όπως τρανζίστορ [1-5], λογικά κυκλώματα [6] nanoelectromechanical συσκευές, [7-9] αισθητήρες [10,11]   έχει αποδειχθεί. Το 1995, των εκπομπών στον τομέα από CNTs έχει αναφερθεί [12,13] και νανοσωλήνες γίνεται   υποσχόμενα υποψήφια ως εκπομπούς ηλεκτρονίων τομέα. [14-17]. Η υψηλή αναλογία διαστάσεων (μήκος με τη διάμετρο) των αποτελεσμάτων CNTs με υψηλό δείκτη ενίσχυση τομέα, προς όφελος των εκπομπών στον τομέα.

Αυτές οι εφαρμογές απαιτούν ένα ασυνήθιστο συνδυασμό των ιδιοτήτων των υλικών, όπως η δομική ακαμψία, ηλεκτρική αγωγιμότητα και μικρή πυκνότητα, κατείχε μόνο από CNTs. Ηλεκτρονικές συσκευές θα πρέπει επίσης να ανθίσταται στις υψηλές θερμοκρασίες που προκαλούνται από θερμικές απώλειες και υψηλές τάσεις εφελκυσμού να αποφευχθεί η αποτυχία της συσκευής.

Επειδή οι ​​νανοσωλήνες μπορούν να καλλιεργηθούν με διάφορες μεθόδους με τις διάφορες δομές, η επιλογή του κατάλληλου τύπου της CNT για επιλεκτική εφαρμογή είναι ένα δύσκολο έργο. Οι CNTs μπορεί να παρασκευάζεται με διάφορες μεθόδους, όπως η απαλλαγή τόξο, εκτομή με λέιζερ, χημική εναπόθεση ατμών (CVD), υπερκρίσιμο ρευστό (ΕΕΤ) και άλλοι [18-20] με CVD η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος παραγωγής.

Για ένα μεγάλο αριθμό εφαρμογών, όπως οι εκπομπές στον τομέα, οι έρευνες έχουν ως επί το πλείστον πραγματοποιούνται σε CNT ταινίες ή σειρές. Η άμεση σύγκριση των μετρήσεων σε μεμονωμένες νανοσωλήνες είναι πιο κατατοπιστική από το μέσο όρο χαρακτηρισμό σε συστοιχίες ή μεγάλες ποσότητες των CNTs.

Πεδίο εκπομπής και αγώγιμες ιδιότητες καθώς και η υποβάθμιση και η αποτυχία των παραμέτρων των επιμέρους νανοσωλήνες έχουν διερευνηθεί από διάφορες ομάδες (βλέπε, για παράδειγμα, [21-24]. Πάντως, εξ όσων γνωρίζουμε, δεν έχει υπάρξει ακόμα να είναι μια μελέτη που πραγματοποιήθηκε σε διαφορετικές νανοσωλήνες διερευνώνται υπό τις ίδιες πειραματικές συνθήκες. Ξεχωριστή γεγονότα είναι σήμερα διαθέσιμα όσον αφορά τη διάρκεια ζωής, η υποβάθμιση και η αποτυχία των μεμονωμένων παραγωγών εκπομπών νανοσωλήνων [21,23,24], καθώς και για τις αγώγιμες ιδιότητες, ηλεκτρικό μηχανισμό κατανομής και οι παράμετροι των επιμέρους Οι νανοσωλήνες κατά τη διάρκεια δύο σημείων χαρακτηρισμό [22], αλλά είναι συχνά προβληματική για να συγκρίνουν τις ιδιότητες των νανοσωλήνων διαφορετικά λόγω πειραματικές συνθήκες, δεν είναι το ίδιο.

Στην εργασία αυτή έκθεση μια συστηματική μελέτη των αγώγιμων και τις ιδιότητες των εκπομπών στον τομέα των μονού τοιχώματος, Πολύτοιχες, συμπεριλαμβανομένων των μπαμπού δομημένο νανοσωλήνες άνθρακα (BCNTs) και μονού τοιχώματος CNT γεμίζουν με C ₆₀ μόρια. Όλες οι δομές διερευνήθηκαν υπό τις ίδιες συνθήκες και σε σύγκριση.   Πρόσφατα αναπτύχθηκαν in situ τεχνικές [25-29], στην οποία ο τόπος επικοινωνίας και το σχήμα μπορούν να προσαρμοστούν και να παρατηρηθεί κατά τη διάρκεια των μετρήσεων ήταν που χρησιμοποιούνται σε πειράματα μας. Οι νανοσωλήνες ετοιμάστηκαν από χημική εναπόθεση ατμών (CVD) και το υπερκρίσιμο ρευστό (ΕΕΤ) μεθόδους.

Μέθοδοι και Υλικά

Ένα μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας, χτισμένο σε μια βάση δείγμα από ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο (TEM-STM) [29,30], χρησιμοποιήθηκε για να χειραγωγήσουν και να εξερευνήσει το νανοσωλήνες, όπως φαίνεται στο σχήμα 1. Οι νανοσωλήνες ήταν πλεγμένα σε μια άκρη χρυσό χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά αγώγιμο κόλλα CW2400, μέσω του οποίου η ηλεκτρική επαφή έγινε? Το δεύτερο άκρο χρησιμοποιήθηκε ως το μετρητή ηλεκτρόδιο και θα μπορούσε να παρατηρηθεί άμεσα σε TEM.

Τα πειράματα διεξήχθησαν σε ένα Philips TEM-301 χειρουργικού μικροσκοπίου στα 80 kV, που είναι εξοπλισμένα με ένα έντονο Προβολή II κάμερα CCD για λήψη εικόνων. Κενού στο θάλαμο του δείγματος ήταν περίπου 10 ^-3 ΙΣΤα Η τάση προκατάληψη και η τρέχουσα δειγμάτων που ελέγχονται από ένα μέτρο πηγή (Keithley 6430).

Οι νανοσωλήνες άνθρακα έχουν παραχθεί από την καρδιαγγειακή νόσο και ΕΕΤ τεχνική. Το μήκος των νανοσωλήνων ήταν μεταξύ 600 nm και 8 μm, καθώς και η ακτίνες ήταν μεταξύ 7 και 50 nm. Μη καθαρισμένος Πολύτοιχες νανοσωλήνες άνθρακα από Aldrich μετρήθηκαν για αναφορά.

CVD καλλιεργούνται CNTs τοίχων και τοιχωμάτων συντέθηκαν σε MgO υποστηρίζεται Co / Mo (νανοσωλήνες τύπου σωλήνα) CNTs και Pd / Mo (μπαμπού νανοσωλήνες τύπου) καταλύτες. MgO εκπονήθηκε από την αποσύνθεση του Mg ₂ (OH) ₂ CO ₃ στους 450 º C για 6 ώρες [31].

SWCNTs Νανοσωλήνες

. Ένα υδατικά διαλύματα Co (NO _{3) 2} 0.6 H ₂ 0 και (NH ₄₎ Μο ₆ O ₂₄ ώρες ₂ O ήταν προετοιμασμένοι και να αναμειγνύεται με την υποστήριξη MgO με Co: Mo μοριακή αναλογία 3:2 που ακολουθείται από ξήρανση σε σε φούρνο στους 80 ^o C.   Η ξηρά σκόνη πρόδρομος ήταν τότε πυρωμένο στους 550 º C. 0,3 g του καταλύτη τοποθετήθηκε σε σωλήνα χαλαζία και θερμαίνεται στους 800 º C σε μείωση ατμόσφαιρα H ₂ / Ar, με ταχύτητα ροής των 300 ml min ^-1 για 30 λεπτά .   Το μεθάνιο στη συνέχεια τροφοδοτείται στο σωλήνα με ρυθμό ροής 50 ml min ^-1.   Η περίοδος ανάπτυξης για SWNT σχηματισμό ορίστηκε σε 60 λεπτά, μετά την οποία ο φούρνος είχε κρυώσει σε θερμοκρασία δωματίου.   Για να αποκτήσετε καθαρό υλικό SWNT, η AS-υλικό που χρησιμοποιήθηκε ήταν σε θεραπεία με 6 εκ. HNO ₃ και πλένονται με νερό για να αφαιρέσετε τον καταλύτη.

MWCNTs Τύπος Tube

Μια υδατικά διαλύματα Co (NO _{3) 2} 0.6 H ₂ 0 και (NH ₄₎ Μο ₆ O ₂₄ ώρες ₂ O ήταν προετοιμασμένοι και να αναμειγνύεται με την υποστήριξη MgO με Co:. Mo αναλογία βάρους 3:04 ακολουθούμενη από ξήρανση σε σε φούρνο στους 80 ^o C.   Η ξηρά σκόνη πρόδρομος ήταν τότε πυρωμένο στους 550 º C. 0,3 g του καταλύτη τοποθετήθηκε σε σωλήνα χαλαζία και θερμαίνεται στους 800 º C σε μείωση ατμόσφαιρα H ₂ / Ar, με ταχύτητα ροής των 300 ml min ^-1 για 30 λεπτά .   Το μεθάνιο στη συνέχεια τροφοδοτείται στο σωλήνα, με ταχύτητα ροής των 200 ml min ^-1 με   H ₂ / Ar ταχύτητα ροής των 100 ml min ^-1. Η περίοδος ανάπτυξης για MWNT σχηματισμό ορίστηκε σε 60 λεπτά, μετά την οποία ο φούρνος είχε κρυώσει σε θερμοκρασία δωματίου.   Για να αποκτήσετε καθαρό υλικό MWNT, η AS-υλικό που χρησιμοποιήθηκε ήταν σε θεραπεία με 6 εκ. HNO ₃ και πλένονται με νερό για να αφαιρέσετε τον καταλύτη.

Μπαμπού MWCNT Τύπος

Ένα υδατικό διάλυμα του Pd (NO _{3) 2.} XH ₂ O και (NH ₄₎ Μο ₆ O _24. H ₂ O ήταν μικτή με την υποστήριξη MgO, ακολουθούμενη από κατεργασία με υπερήχους για 30 λεπτά και η ξήρανση.   Η ξηρά σκόνη πρόδρομος ήταν πορώδες σε 500 ° C για 6 ώρες.   0,3 g του καταλύτη τοποθετήθηκε σε σωλήνα χαλαζία και θερμαίνεται στους 900 ° C σε μείωση ατμόσφαιρα H ₂ / Ar, με ταχύτητα ροής των 300 ml min ^-1 για 30 λεπτά.   Το μεθάνιο στη συνέχεια τροφοδοτείται στο σωλήνα, με ταχύτητα ροής των 100 ml min ^-1.   Η περίοδος ανάπτυξης για BCNTs σχηματισμό ορίστηκε σε 30 λεπτά, μετά την οποία ο φούρνος είχε κρυώσει σε θερμοκρασία δωματίου.   Για να αποκτήσετε καθαρό υλικό BCNTs, η AS-υλικό που χρησιμοποιήθηκε ήταν σε θεραπεία με 6 εκ. HNO ₃ και πλένονται με νερό για να αφαιρέσετε τον καταλύτη.

ΕΕΤ Καλλιεργείται Νανοσωλήνες

ΕΕΤ αυξηθεί νανοσωλήνες ήταν προετοιμασμένοι για μια MgO υποστηρίζεται 3 wt.% Συνεργασίας και 4 wt.% Mo καταλύτη [20].   Σε ένα τυπικό πείραμα εναπόθεση ΕΕΤ, 0,5 g CO / MgO καταλύτης είχε τοποθετηθεί σε ένα αντιδραστήρα υψηλής πίεσης (inconel 625 GR2-Snap-Tite, Inc),   και μειώθηκε με H ₂ / Ar (V / V = 20 / 180 ml ​​min ^-1) στους 750 ° C για 30 λεπτά.   CO ως πηγή άνθρακα για πρώτη φορά προστίθεται σε μια δεξαμενή 450 ml από ανοξείδωτο χάλυβα στους 40 ° C σε ένα ελεγχόμενης θερμοκρασίας λουτρό ύδατος.   Μια ροή μέσω του συστήματος ιδρύθηκε με τη σύνδεση των βαλβίδων εισαγωγής και εξαγωγής του ταμιευτήρα πηγή διοξειδίου του άνθρακα, η οποία περιελάμβανε ένα έμβολο, σε ένα 260-ml ISCO αντλία σύριγγας ( Λίνκολν , NE ) Και το δοχείο αντίδρασης, αντίστοιχα.   Μια πίσω ρυθμιστή πίεσης διατηρείται το σύστημα σε σταθερή πίεση και να ελέγχονται η ταχύτητα ροής του διοξειδίου του άνθρακα μέσω του συστήματος.   Ο χρόνος αντίδρασης ήταν στα 60 λεπτά.   Μετά ο αντιδραστήρας ψύχεται σε θερμοκρασία δωματίου, ο άνθρακας / καταλύτης σκόνη ήταν σε θεραπεία με 6M HNO _3.

Αποτελέσματα και Συζήτηση

Πεδίο Ιδιότητες εκπομπών

Για τα πειράματα των εκπομπών στον τομέα υψηλό ηλεκτρικό δυναμικό (έως και 250 V) εφαρμόστηκε μεταξύ της CNT και του μετρητή ηλεκτρόδιο.   Το κύτταρο TEM-SPM ρύθμιση επιτρέπει την ακριβή έλεγχο και τη μέτρηση της θέσης του σε σχέση CNT για την άνοδο και άλλα αντικείμενα που περιβάλλουν (σχ. 2α).   Η τοπική πεδίο υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας   [21], όπου είναι το εφαρμοζόμενο δυναμικό,   είναι η απόσταση interelectrode,   είναι ο παράγοντας βελτίωσης τομέα. Η γεωμετρική αύξηση πεδίο γ παράγοντας για νανοσωλήνες ήταν καθορίζεται από το μήκος L και ακτίνα r ως γ = (0.87L / r + 4.5) [32,33].   Στη δική μας περίπτωση, ο συντελεστής ενίσχυσης στον τομέα υπερβαίνει τα 100 για το μεγαλύτερο μέρος διερευνώνται των νανοσωλήνων εκτός από CVD καλλιεργούνται σωλήνα όπως MWNTs   για το οποίο γ = 20   (Πίνακας 1).

  Σχήμα 2b και πίνακα 1 δείχνουν σύγκριση των ρευμάτων των εκπομπών στον τομέα ως συνάρτηση των τοπικών ανταγωνισμού για όλους τους τύπους διερευνηθεί των νανοσωλήνων άνθρακα.

Συνήθως, η εκπομπή πεδίο για MWCNT καλλιεργούνται σε Co / Mo καταλύτη θέτει σε σε τοπικό τομείς 1.5 - 4.1 V / nm (πίνακας 1) και κορεσμένα σε τοπικό τομείς των 3,0 έως 4,6 V / nm, τα οποία είναι συγκρίσιμα με τα στοιχεία από τη βιβλιογραφία για Πολύτοιχες νανοσωλήνες άνθρακα [21]. Τα στοιχεία μας για CVD καλλιεργούνται SWNTs πληρωθεί και να γεμίζουν με C ₆₀ μόρια δείχνει ότι εκπομπών στον τομέα ξεκινά σχεδόν ίδια τάση με εκείνη που παρατηρήθηκε για MWNTs. Εμπορική CVD καλλιεργούνται νανοσωλήνες (από Aldrich) και MWCNTs που καλλιεργούνται από το μυθιστόρημα υπερκρίσιμο ρευστό (ΕΕΤ) μέθοδος εναπόθεσης παρουσιάζουν σχεδόν τα ίδια χαρακτηριστικά των εκπομπών στον τομέα με εκείνες που καλλιεργούνται με τη μέθοδο CVD σε Co / Mo καταλύτη (Σχ. 2β). Πεδίο χαρακτηριστικά εκπομπής και αγώγιμα των CNTs επηρεάζεται από το βαθμό της γραφιτοποίηση [34]. Σύμφωνα με τα ευρήματά μας, η κατάσταση είναι πιο περίπλοκη. Raman φάσμα για SWCNTs καλλιεργούνται CVD και ΕΕΤ αυξηθεί νανοσωλήνες (Σχήμα 3) δείχνει διαφορά στην Ζ και Δ αναλογία ύψους μπάντα.   Γ και Δ ζώνες αντιστοιχούν σε sp ² (αγώγιμο δομές) και sp ³ (nonconductive δομές) πρόσφυση σε CNTs. Αν και G / D μπάντα και η συνακόλουθη υψηλότερου βαθμού γραφιτοποίηση παρατηρείται για CNTs που καλλιεργούνται σε Co / Mo καταλύτης, εμείς δεν παρατηρούμε αξιοσημείωτη αποκλίσεων που διαπιστώθηκαν για τις ιδιότητες των εκπομπών στον τομέα των νανοσωλήνων που καλλιεργούνται CVD και SCF. G / D για μπαμπού όπως δομές είναι ακόμη υψηλότερο από ό, τι για SWCNTs καλλιεργούνται CVD, ωστόσο, των εκπομπών στον τομέα των μπαμπού σχήμα MWCNTs που καλλιεργούνται σε MgO υποστηρίζεται Pd / Mo καταλύτη με τη μέθοδο CVD συστήνει σε πολύ υψηλότερες τοπικά πεδία 7-8 V / nm (σχήμα 2β).

Η εξάρτηση της τρέχουσας σχετικά με την τοπική πεδίο που λαμβάνεται επίπεδο για όλες τις νανοσωλήνες τοποθετηθεί καλά στην Fowler-Nordheim μοντέλο (βλ. Σχήμα 2β συμπαγείς γραμμές), η οποία αναφέρει ότι η τρέχουσα (I) ανά πηγή εκπομπής ποικίλλει ανάλογα με το τοπικό πεδίο στην επιφάνεια του πομπού του ( Α) [36,37]:

  (1)

όπου Φ είναι το έργο εξαγωγής,   V είναι η εφαρμοζόμενη τάση? Και d είναι η απόσταση interelectrode.

Για όλους τους νανοσωλήνες, εκτός από το BCNTs, τα χαρακτηριστικά των εκπομπών στον τομέα ταιριάζει με την Fowler-Nordheim μοντέλο, όταν μια τιμή για το έργο εξαγωγής του γραφίτη   5,1 eV [5] είχε χρησιμοποιηθεί.   Το ιδιαίτερο τοπικό πεδίο που απαιτείται για τις εκπομπές από την BCNTs απαιτείται μια τιμή εργασία λειτουργία του 8,1 eV για να χρησιμοποιηθεί.   Οι συνδέσεις σε αυτές τις BCNTs είναι πιθανό να επηρεάσουν την αποτελεσματική λόγος L / R, η οποία καθορίζει τον παράγοντα βελτίωσης τομέα, καθιστώντας τα πεδία όριο εκπομπών μεγαλύτερες.

Η μέση ρεύματα των εκπομπών στον τομέα προσδιορίστηκαν σε κορεσμό (βλ. πίνακα 1) και κυμαίνεται από 10 έως 500 nA nA για CVD καλλιεργούνται   σωλήνα όπως MWCNTs,   από 100 nA έως 1,5 μA   για BCNTs, και από 150 έως 2 nA μA για MWCNTs καλλιεργούνται ΕΕΤ. Διαθέσιμα στο εμπόριο (Aldrich) MWCNTs εμφανίζουν υψηλότερα ρεύματα των εκπομπών στον τομέα - μέχρι 10 m Α.   Προηγουμένως αναφερθείσες τιμές για τα ρεύματα στον τομέα των εκπομπών κορεσμού για νανοσωλήνες καλλιεργούνται CVD διέφερε σε ένα πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα από 2 έως 9 nA μA [19]. Πεδίο εκπομπής ρεύματα κορεσμού για SWCNTs καλλιεργούνται CVD κυμαινόταν από 100 έως 5 nA μA για κενό και έως και 10 μA για την C ₆₀ γεμίσει SWCNTs. Κατά τη διάρκεια χαρακτηρισμός των εκπομπών στον τομέα των ατομικών νανοσωλήνες ρεύματα των εκπομπών στον τομέα σε κορεσμό ήταν κυμαινόμενες σε χρόνο περίπου το 50% των μέσων τιμών, παρόμοια με εκείνα που αναφέρθηκαν προηγουμένως [38].

Πίνακας 1. Χαρακτηριστικά των εκπομπών στον τομέα των CNTs που καλλιεργούνται σε διαφορετικές συνθήκες.

Σε υψηλές τοπικές αποτυχία πεδία των νανοσωλήνων παρατηρήθηκε (Εικ. 4, πίνακας 1).   Ρεύματα αποτυχία ήταν περίπου 2 φορές υψηλότερο από ό, τι ρεύματα κορεσμού.   Η αποτυχία είναι τοπικά πεδία που παρουσιάζονται στον πίνακα 1 και ποικίλη 3 έως 4,6 V / nm για σωλήνα-όπως MWCNTs και μέχρι και 12 V / nm για μπαμπού-όπως MWCNTs. Αξιών Λογοτεχνία του σπασίματος τοπικά πεδία για νανοσωλήνες καλλιεργούνται CVD από διαφορετικές ομάδες διέφεραν ως προς το χρονικό διάστημα από 3 έως 10 V / nm [19,21].

Σπάζοντας τοπικά πεδία για SWCNTs ήταν συγκρίσιμες με MWCNTs (έως 6 V / nm), ενώ η C _{60-γεμάτο} SWNTs παρουσίασαν μεγαλύτερη σταθερότητα με το σπάσιμο των τοπικών πεδίων έως 9 V / nm.   Η σταδιακή υποβάθμιση του C _{60-γεμάτο} SWNTs και BCNTs εκπομπές σε υψηλές τάσεις που εφαρμόζεται (200-250V) παρατηρήθηκαν, όπως φαίνεται στο σχήμα 4 (βλ. επίσης πίνακα 1.) Ενώ όλες οι άλλες νανοσωλήνες απέτυχαν στο αδύναμο επαφή μεταξύ των CNT και το χρυσό Συμβουλή? στην περίπτωση αυτή η CNT αφαιρεί πλήρως από την άκρη χρυσό όταν η τρέχουσα εκπομπή δεν είναι πολύ υψηλή.

Ηλεκτρικός Χαρακτηρισμός Χρησιμοποιώντας μια μέθοδο Δύο Probe

Για να μετρηθεί η ηλεκτρική αγωγιμότητα του ατόμου CNTs, οι νανοσωλήνες τέθηκε σε άμεση επαφή με έναν μετρητή ηλεκτρόδιο, όπως φαίνεται στην εικόνα 5α.   Οι I (V) τα χαρακτηριστικά όλων των τύπων των CNTs αναφέρθηκαν στο παρόν έγγραφο φαίνεται στο Σχήμα 5γ.

Πίνακας 2. Αγώγιμο και σπάζοντας τα χαρακτηριστικά της καρδιαγγειακής νόσου που καλλιεργούνται-CNTs

Κατά συνέπεια αντιστάσεις για όλους τους νανοσωλήνες μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες. Η αντίσταση της πρώτης ομάδας (σωλήνας-όπως MWCNTs και SWCNTs) των νανοσωλήνων διέφεραν ως προς το χρονικό διάστημα των 250 kΩ - 1MΩ, η οποία είναι χαρακτηριστική για τον χαρακτηρισμό δύο καθετήρα της καρδιαγγειακής νόσου καλλιέργειας CNTs [19].   Η αντίσταση στην ομάδα αυτή μειώνεται με τη σειρά της καρδιαγγειακής νόσου, όπως καλλιεργείται σωλήνα, αδειάστε MWCNTs και γεμίζουν με C ₆₀ SWCNTs (Σχήμα 5γ). C _{60-γεμάτο} SWNTs παρουσίασαν χαμηλότερη αντίσταση σε σύγκριση με κενές SWNTs. Για BCNTs καλλιεργούνται CVD, εμπορική MWCNTs και SCF καλλιεργούνται MWNTs, η μετρούμενη αντίσταση ήταν υψηλότερη κατά 3 τάξεις μεγέθους σε σχέση με τα δεδομένα για την πρώτη ομάδα των νανοσωλήνων που αναφέρθηκαν παραπάνω. Λόγος για τις διαφορές αυτές για τις ΕΕΤ και των εμπορικών νανοσωλήνες μπορεί να είναι χαμηλότερο βαθμό γραφιτοποίηση σε σύγκριση με τους νανοσωλήνες που καλλιεργούνται σε C0/Mo καταλύτη. Όπως φαίνεται από τα φάσματα Raman (Σχήμα 3), ΕΕΤ νανοσωλήνες παρουσιάζουν χαμηλότερο βαθμό γραφιτοποίηση σε σύγκριση με τους νανοσωλήνες που καλλιεργούνται σε Co / Mo καταλύτη με τη μέθοδο της καρδιαγγειακής νόσου. Η γνώμη μας είναι ότι η εμπορική και επιστημονική επιτροπή τροφίμων που καλλιεργούνται νανοσωλήνες έχουν αποσπασματικό εξωτερικό κέλυφος με υψηλή πυκνότητα των ελαττωμάτων. Σε περίπτωση δύο σημείων του χαρακτηρισμού, από τον πάγκο επαφές ηλεκτροδίων απευθείας στο ελαττωματικό εξωτερικό κέλυφος, αντί των σημερινών που μεταφέρουν λιγότερα ελαττωματικά εσωτερικό κέλυφος. Για την παροχή μεταφοράς ηλεκτρονίων μέσα από εσωτερικά περιβλήματα, μια υψηλότερη τάση είναι απαραίτητη. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα εξωτερικά στρώματα των νανοσωλήνων άνθρακα είναι κυρίαρχη στον τομέα των μεταφορών ηλεκτρονίων και ως εκ τούτου καθορίζουν την αγωγιμότητα των νανοσωλήνων [22]. Ενδεχομένως εσωτερικές στρώσεις συμμετέχουν στην εκπομπή τομέα ως εκ τούτου σημαντικές διαφορές στον τομέα των εκπομπών μεταξύ καρδιαγγειακής νόσου και της ΕΕΤ αυξηθεί νανοσωλήνες δεν παρατηρήθηκε (Σχήμα 2β) σε σύγκριση με τη διαφορά στην αντίσταση (Σχήμα 5γ). Είναι πιθανό ότι οι διασταυρώσεις υπάρχουν στο μπαμπού όπως δομές μείωση ομοιόμορφα την αγωγιμότητα στο εξωτερικό και εσωτερικά τοιχώματα των CNTs. Αυτή η ιδιότητα μπορεί να αυξήσει την αντίσταση της εκπομπής πεδίου και της αγωγιμότητας.

Ποιότητα νανοσωλήνων

Για να χαρακτηρίσουμε την ποιότητα των νανοσωλήνων, ρεύματα και τάσεις αποτυχία ήταν αποφασισμένοι (βλ. πίνακα 2). Ρεύματα αποτυχία νανοσωλήνων ήταν έως και 20 μA για CVD καλλιεργούνται SWNTs και MWNTs και μέχρι 80 μA για την C _{60-γεμάτο} SWNTs.   Τάσεις αποτυχία ήταν μέχρι 5 V για SWNTs και μέχρι και 10 V για την C _{60-γεμάτο} SWNTs (βλ. πίνακα 2).   Μπαμπού CNTs τύπου είναι σταθερά ακόμη και σε 25 V που σημαίνει ότι αυτές οι νανοσωλήνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε υψηλές ηλεκτρικές εφαρμογές πεδίου. 5β σχήμα δείχνει ότι το νανοσωλήνα διαταράσσεται κοντά στο μέσον της, η οποία έχει παρατηρηθεί για όλους τους τύπους των νανοσωλήνων.   Το αποτέλεσμα αυτό υποδηλώνει ότι οι σωλήνες ήταν resistively θερμαίνεται και η θερμοκρασία γίνεται σε τοπικό επίπεδο αρκετά υψηλό για την εξάτμιση του γραφίτη τοίχο? Ως εκ τούτου, η θέση της βλάβης από θερμικές απώλειες δεν καθορίζεται από την παρουσία των ελαττωμάτων της CNT. Κατά συνέπεια, η θέση των ελαττωμάτων δεν έχουν συνέπειες για το οριακό σημείο της CNT υπό παρακολούθηση. Σε άλλα έργα [19,21] αποτυχίες νανοσωλήνων βρέθηκαν κοντά στο μέσο και στις περιοχές επαφής.

Συμπεράσματα

Η εκπομπή τομέα και αγώγιμες ιδιότητες των ποικιλιών των SWNTs και MWNTs μελετήθηκαν υπό τις ίδιες συνθήκες μέσα σε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Αγωγιμότητα και ιδιότητες πεδίου εκπομπής δομή νανοσωλήνων εξαρτάται.   Οι διαφορές στις ιδιότητες, αν αγώγιμα ή   στον τομέα των εκπομπών, εξαρτάται από τη δομή των εξωτερικών στρωμάτων, η παρουσία των κόμβων σε μπαμπού νανοσωλήνες τύπου και   αν οι νανοσωλήνες είχαν γεμίσει με τα μόρια του C _60.   Οι νανοσωλήνες γεμάτο με C ₆₀ μόρια παρουσιάζουν βελτιωμένες ιδιότητες αγώγιμη και των εκπομπών στον τομέα.   Μπαμπού δομές εκτίθενται φτωχότερες ιδιότητες εκπομπής του πεδίου σε σύγκριση με τις άλλες δομές CNT? Ωστόσο, αυτών των νανοσωλήνων ήταν πιο σταθερή σε υψηλότερες ηλεκτρικά πεδία.   Προτείνουμε ότι η ποιότητα των εξωτερικών στρωμάτων των νανοσωλήνων μπορεί να μειώσει την αγωγιμότητα των νανοσωλήνων κατά 3 τάξεις μεγέθους, χωρίς να επηρεάζει σημαντικά τις ιδιότητες των εκπομπών στον τομέα.   Γεμιστά μονού τοιχώματος και μπαμπού, όπως τοιχωμάτων νανοσωλήνες άνθρακα παρουσιάζουν υψηλότερα πεδία σπάσιμο σε σύγκριση με άδειο ενιαία και σωλήνα όπως τοιχωμάτων νανοσωλήνες άνθρακα.   Κατά τη διάρκεια των δύο καθετήρα μετρήσεις την αποτυχία των νανοσωλήνων σε υψηλά ηλεκτρικά πεδία συνέβη κατά ή περί τα μέσα νανοσωλήνων.   Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι το σπάσιμο θέση δεν καθορίζεται από τη θέση των ελαττωμάτων στο εσωτερικό των νανοσωλήνων, αλλά από θερμικές απώλειες. Επίσης, η σταδιακή καταστροφή των νανοσωλήνων κατά τη διάρκεια της εκπομπής πεδίου, παρατηρήθηκε για την C ₆₀ γεμίσει SWNTs και μπαμπού MWNTs τύπου.   Αυτά τα πειράματα έδειξαν ότι SPM TEM εξοπλισμένα με DC ηλεκτρόδια έχει αποδειχθεί ότι είναι ένα πολύτιμο εργαλείο για τη συστηματική χαρακτηρισμό των επιμέρους νανοσωλήνων άνθρακα.   Μπορεί να θεωρηθεί ανώτερη από τις μεθόδους λιθογραφία, λόγω της ταχύτερης απόκτησης των αποτελεσμάτων.

Ευχαριστίες

Το ερευνητικό έργο χρηματοδοτήθηκε από την ΕΕ Στοχευμένες Ειδικό ερευνητικό έργο DESYGN-IT (Δεν NMP4-CT-2004-505626) και της Λετονίας Εθνικό Πρόγραμμα στις Επιστήμες των Υλικών. JA και JP Αναγνωρίστε υποστήριξη από το ΕΚΤ.

Αναφορές

1. Μαυρίζει SJ, Verschueren ARM, Dekker Γ., «τρανζίστορ θερμοκρασία δωματίου βασίζεται σε ένα ενιαίο νανοσωλήνων άνθρακα", Φύση,   393, 49-52, 1998.

2. Postma HW Χρ., Teepen T., Yao Z., Grifoni Μ., Dekker Γ., "νανοσωλήνες άνθρακα ενός ηλεκτρονίου τρανζίστορ σε θερμοκρασία δωματίου», Science, 293, 76-79, 2001.

3. Auvray Σ., Derycke Β., Μ. Goffman, Filoramo Α., Jost O., και Bourgoin J.-P., "Βελτιστοποίηση Χημικών της αυτο-συναρμολογούνται τρανζίστορ νανοσωλήνων άνθρακα", Nano Lett., 5 (3), 451 -455, 2005.

4. Xiao   Κ., Liu   Y., Hu   Π., Yu Γ., Fu L., και Zhu Δ., "Η υψηλή απόδοση τομέα-αποτελέσματος τρανζίστορ κατασκευάζονται από ένα τοιχωμάτων CNX / C νανοσωλήνων ενδομοριακές διασταύρωση", Appl. Phys. Lett., 83 (23), 4824-4826, 2003.

5. Weitz RT, Zschieschang U., Effenberger Φ., Klauk H., Burghard Μ., Κ. Kern, «υψηλής απόδοσης του άνθρακα νανοσωλήνων τρανζίστορ επίδρασης πεδίου με ένα λεπτό διηλεκτρικό υλικό πύλης Με βάση μια αυτο-συναρμολογούνται μονοστρωματική», Nano Lett., 7, 22-27, 2007.

6. Bathold Α., Hadley Π., Nakanishi T., Dekker Γ., "Λογικά κυκλώματα με τρανζίστορ νανοσωλήνων άνθρακα", Science, 294, 1317-1320, 2001.

7. Rueckes T., Κιμ Κ., Joslevich Ε., Tseng GY, Cheung Γ., και Lieber CM, "νανοσωλήνες άνθρακα με βάση μη πτητική μνήμη τυχαίας προσπέλασης για Μοριακή Πληροφορική», Επιστήμη,   289, 94, 2000.

8.   Lee ΝΔ, Lee DS, Morjan RE, Jhang SH, Sveningsson Μ., Nerushev ΟΑ, Πάρκο YW, και Campbell EEB, «Μια Τρεις Terminal άνθρακα Nanorelay", Nano Lett. 4, 2027, 2004.

9. Ke Γ., Espinosa HD, "in situ Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Ηλεκτρομηχανολογικές Χαρακτηρισμός μιας συσκευής δισταθής NEMS", μικρές, 2 (12),   1484 - 1489, 2006.

10. Πάρκο Μ., Β. Cola, Siegmund T., Xu J., Maschmann MR, Fisher TS, και Kim H., "Επιπτώσεις από ένα στρώμα νανοσωλήνων άνθρακα για την ηλεκτρική αντίσταση επαφής ανάμεσα υποστρώματα χαλκού», τη νανοτεχνολογία, 17, 2294-2303 , 2006.

11. Brian H., Halsall HB, Dong Ζ., Jazieh Α., Γ. Τρ, Wong Δ., Σ. Pixley, Behbehani ml, και Schulz MJ ", ένα νανοσωλήνων άνθρακα βιοαισθητήρα Needle», J. Nanosc.   Nanotechn., 7, 2293-2300, 2007.

12. Rinzler AG, Hafner JH, Nikolaev Π., Lou L., Kim SG, Tomanek Δ., Π. Nordlander, Colbert DT, Smalley RE, "Νανοσωλήνες Ξετυλίγοντας -. Εκπομπής πεδίου από έναν Ατομικής Wire», Science, 269 (5230) , 1550-1553, 1995.

13.         Deheer WA, Chatelain Α., Ugarte Δ., "ένα νανοσωλήνων άνθρακα πεδίου εκπομπής των διαφόρων πηγών Electron", Science, 270 (5239), 1179-1180, 1995.

14. Wong YM, Kang, WP, Davidson JL, Wisitsora στα Α., Soh KL, Fisher TS, Li Ε., Xu JF, "πομπού πεδίο χρησιμοποιώντας multiwalled νανοσωλήνες άνθρακα που καλλιεργούνται στο Περιφέρειας Συμβουλή Silicon από μικροκυμάτων Plasma Enhanced-χημική εναπόθεση ατμών », J. Vac. Sci. Τεχνολογίας. Β, 21 (1), 391-394, 2003.

15.         Bonard JM, Weiss Ν. Kind Η., Stöckli T., Forro L., Kern K, Chatelain Α., "Tuning τις ιδιότητες των πεδίων των εκπομπών άνθρακα μοτίβο Nantoube Films", Adv. Mater., 13 (3), 184-188. 2001.

16.         Wang QH, Corrigan TD, Dai JY, Chang RPH, Krauss AR, «εκπομπών από πηγές εκπομπής πεδίου Bundle νανοσωλήνων σε χαμηλές Fields", Appl. Phys. Lett., 70 (24), 3308-3310, 1997.

17.         Pan ZW Au FCK, Lai HL, Zhou, WY, η Sun LF, Liu, ZQ, Tang DS, Lee CS, Lee ST, Xie, SS, "Άμορφη νανοσύρματα άνθρακα που ερευνώνται από την Εγγύς Edge-X-Ray-Απορρόφηση-Fine- Δομές », J. Phys. Chem. Β, 105 (8), 1519-1522, 2001.

18. Iijima Σ., «ελικοειδή μικροσωληνίσκους του γραφίτη άνθρακα", η Φύση, 354 (6348), 56-58, 1991.

19. «Οι νανοσωλήνες άνθρακα». Dresselhaus MS, Dresselhaus Γ., Αβούρης Φ. Eds. Θέματα Εφαρμοσμένης Φυσικής, Springer Verlag, Βερολίνο , 80,   1 - 430, 2001

20. Li Z., Andzane J., Erts Δ., Tobin JM, Wang Κ., Morris MA, Attard Γ., και Holmes JD   «Μια νέα μέθοδος υπερκρίσιμο ρευστό για την καλλιέργεια νανοσωλήνες άνθρακα", Adv. Mater., Στον Τύπο.

21. Bonard JM, Klinke Γ., Dean KA, και Coll BF, «Η υποβάθμιση και την αποτυχία της εκπομπούς τομέα νανοσωλήνων άνθρακα",   Phys. Αναθ. Β, 67, 115406 - 1, 2003.

22. Collins PG, Arnold MS, Αβούρης Ν., «Οι νανοσωλήνες άνθρακα Μηχανικών και Κυκλώματα νανοσωλήνων χρήση ηλεκτρικών βλαβών", Science, 292 (5517), 706 - 709, 2001.

23. Wey W., Γ. Liu, ο Jiang Κ., Peng LM, και Fan Σ., "Επίδραση ψύξης Συμβουλή και μη Μηχανισμός Field-Emitting νανοσωλήνες άνθρακα", Nano Lett., 7 (1), 64-68, 2007.

24. Ding Φ., Jiao Κ., Γ. Lin, Yakobson Β., "Πώς εξατμίσεως με νανοσωλήνες άνθρακα Διατηρήστε την τελειότητά τους;", Nano Lett., 7 (3), 681-684, 2007.

25. Ohnishi Η., Γ. Κόντο, Takayanagi Κ. "κβαντισμένες αγωγιμότητα μέσω ατομικών σειρές των αιωρούμενων άτομα χρυσού",   Nature 395, 780-783, 1998.

26. Kizuka Τ ». Ατομικής διαδικασία της επαφής στα χρυσό μελετηθεί από του χρόνου επιλυθεί-υψηλής ανάλυσης μετάδοση ηλεκτρονικό μικροσκόπιο" Phys. Αναθ. Lett. 81 (20), 4448-4451, 1998.

27. Poncharal Π., Wang ZL, Ugarte Δ., de Heer WA "Ηλεκτροστατική εκτροπές και Ηλεκτρομηχανολογικές μαγνητικό συντονισμό των νανοσωλήνες άνθρακα", Επιστήμης 283, 1513-1516, 1999.

28. Cumings Ι.   και Zettl Α. «χαμηλής τριβής Νανοκλίμακα Γραμμική Λαμβάνοντας πραγματοποιήθηκε από τοιχωμάτων νανοσωλήνες άνθρακα"   Science 289, 602-604, 2000.

29.   Erts Δ., Η. Olin, Ryen Λ., Ε. Olsson, και Tholen Α. "Maxwell και Sharvin αγωγιμότητα στο Gold Επαφές σημείο διερευνηθεί με τη χρήση TEM-ΣΜΣ",   Phys. Αναθ. Β 61, 12725-12728, 2000.

30. Erts Δ., Α. Lõhmus, Lõhmus R., και Olin H., "Όργανα της ΕΕΜ και AFM Σε συνδυασμό με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο», Appl. Phys.,   Ένα 72 (7),   S71-S74, 2001.  

31. Li QW, Yan Η., Cheng Γ., Ζανγκ Γ., Liu ZF, "μια κλιμακούμενη Σύνθεση CVD της υψηλής καθαρότητας μονού τοιχώματος νανοσωλήνες άνθρακα με πορώδη MgO ως υλική υποστήριξη", J. Mater. Chem, 12 (4):. 1179-1183, 2002.

32. Cumings Ι., Α. Zettl, McCartney MR, και Spence JCH, "Ολογραφία Electron από νανοσωλήνες Field-εκπομπές άνθρακα», Phys. Αναθ. Lett. 88,   056804, 2002.

33. Maiti Α., Brabec CJ, Roland CM, και Bernholc J., «Energetics ανάπτυξη των νανοσωλήνες άνθρακα",   Phys. Αναθ. Lett. 73, 2468, 1994.

34. Ting JH, Chang CC, Τσεν SL, Lu DS, Kung CY, και Huang FY "Βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων των εκπομπών στον τομέα των νανοσωλήνες άνθρακα με τη μέθοδο Taguchi", Thin Sol. Ταινίες, 496, 299-305, 2006.

36. Gadzuk JW και Plummer EW, "Πεδίο εκπομπών Διανομή ενέργειας (FEED)", αναθ. Mod. Phys. 45, 487-548, 1973.

37. Brodie Ι. , Και Spindt Γ., «Μικροηλεκτρονικής κενού", Adv. Electron. Electron. Phys. 83, 1, 1992.

38. Tuggle DW, Jiao J., και Dong LF "Πεδίο εκπομπής σημερινές διακυμάνσεις που προέρχονται από μεμονωμένες νανοσωλήνες άνθρακα" Surf. Interface Anal.   36, 489-492, 2004

Στοιχεία Επικοινωνίας

Jana Andzane, Juris Prikulis και Donats Erts

Ινστιτούτο του Χημική ουσία Φυσικής,
Πανεπιστήμιο του Λετονία
Raina Blvd 19
LV-1586 Ρίγα
Λετονία

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

Joseph M. Tobin, Zhonglai Λι και Justin Δ. Holmes

Τμήμα Χημείας, Τμήμα Υλικών και υπερκρίσιμο Υγρό Κέντρο
Πανεπιστήμιο Κολέγιο Φελλός , Φελλός Ιρλανδία

και

Κέντρο Ερευνών για Adaptive Νανοδομών και Νανοδιατάξεις (CRANN)
Trinity College του Δουβλίνου
Οδός Διεύθυνση
Δουβλίνο 2,
Ιρλανδία

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

Mark Baxendale

Queen Mary
Πανεπιστήμιο του Λονδίνου
Λονδίνο , Αγγλία

m.baxendale @ qmul.ac.uk

Håkan Olin

Υλικά Φυσικής
Μηχανική Φυσική
Στα μέσα Σουηδία Πανεπιστήμιο
Sundswal , Σουηδία

hakan.olin @ miun.se