Hiilinanoputkia (CNTs) ovat houkuttelevia materiaaleja laaja valikoima mahdollisia sovelluksia. CNT perustuvat erilaisia elektronisia laitteita, kuten transistoreja [1-5], loogisia piirejä [6] nanoelectromechanical laitteista, [7-9] anturit [10,11] on osoitettu. Vuonna 1995 alan päästöjen päässä CNTs raportoitiin [12,13] ja nanoputkia tulee lupaavia ehdokkaita kuin kentän elektronin aiheuttajia. [14-17]. Korkea kuvasuhde (pituuden ja läpimitan) ja CNTs aiheuttaa suuren kentän lisälaite tekijä, hyödyttää alan päästöjen. Nämä sovellukset vaativat epätavallinen yhdistelmä materiaalin ominaisuudet, kuten rakenteellisen jäykkyyden, sähkönjohtavuus ja pieni tiheys, omisti vain CNTs. Elektroniset laitteet tulisi myös kestää korkeita lämpötiloja aiheuttama Joule-lämpenemistä ja korkea vetojännityksiä välttää laitevika. Koska nanoputket voivat viljellä erilaisia menetelmiä eri rakenteiden valinta tarkoituksenmukaisen CNT varten valikoivaa soveltamista on haasteellinen tehtävä. CNTs voidaan valmistaa eri menetelmillä kuten kaaripurkausta, laser ablaatio, CVD (CVD), Ylikriittinen (SCF) ym. [18-20] kanssa CVD eniten käytetty tuotantomenetelmä. Jos suuri määrä hakemuksia, kuten alan päästöjen, tutkimukset ovat olleet enimmäkseen suoritetaan CNT elokuvia tai taulukoita. Suora vertailu mittaukset yksittäisiä nanoputkia informatiivisempi kuin keskimäärin luonnehdinta on pakkoja tai suuria määriä CNTs. Alan päästöjen ja johtavia ominaisuuksia sekä hajoamista ja epäonnistumisen parametrit yksittäisten nanoputkia on tutkinut useita ryhmiä (ks. esim. [21-24]. Kuitenkin parhaan tietämyksemme mukaan siellä on vielä tutkimuksen eri nanoputkia tutkitaan samanlaisissa koeolosuhteissa. erilliset tosiasiat ovat tällä hetkellä saatavilla eliniän, hajoamista ja epäonnistumisen yksittäisten nanotube päästöjen [21,23,24] sekä johtavia ominaisuuksia, sähkö erittely mekanismi ja parametrit yksittäisten nanoputkia aikana kahden pisteen luonnehdinta [22], mutta se on usein ongelmallista vertailla ominaisuuksia eri nanoputkia vuoksi koeolosuhteet eivät ole samoja. Tässä paperissa raportti järjestelmällistä tutkimusta johtava ja alan päästöjen ominaisuudet yhden walled, Moniseinämäiset, kuten bambu-jäsennelty hiilinanoputket (BCNTs) ja yhden walled CNT täynnä C 60 molekyylejä. Kaikki rakenteet tutkittiin samanlaisissa olosuhteissa ja verrattuna. Äskettäin kehitetty paikallista seurantaa [25-29] jossa Yhteystiedot paikka ja muoto voidaan säätää ja havaittu mittausten aikana käytettiin meidän kokeiluja. Nanoputkia valmistettiin CVD (CVD) ja Ylikriittinen (SCF) menetelmiä. |
Skannaus tunnelointi mikroskoopin, rakennettu näyte haltijan siirto elektronimikroskoopilla (TEM-STM) [29,30], käytettiin manipuloimaan ja koetin nanoputket kuten kuviossa 1. Nanoputket olivat liimataan pintaa kulta kärki käyttämällä sähköä johtavaa liimaa CW2400, jonka kautta sähköinen kontakti tehtiin, toinen kärki käytettiin counter elektrodi ja voidaan suoraan havaita TEM.  | Kuva 1. Schematics mittauksen perustamiseen sisällä siirto elektronimikroskoopilla |
Kokeet tehtiin Philips TEM-301 mikroskoopilla toimii 80 kV, varustettu Keen View II CCD-kamera kuva hankinta. Alipaine Näytekammio oli noin 10 -3 Pa Bias jännitteen ja näytteen nykyisestä olivat ohjataan lähde metrin (Keithley 6430). Hiilinanoputket tuottaman CVD ja SCF tekniikkaa. Pituudet nanoputket olivat välillä 600 nm ja 8 mikrometriä, ja säteet olivat välillä 7 ja 50 nm. Ei puhdistettu Moniseinämäiset hiilinanoputket Aldrich mitattiin viitteellisiä. CVD kasvanut seinä ja monikerroksinen CNTs syntetisoitiin magnesiumoksidipitoisuuden tuettu Co / Mo (sisärenkaallisten nanoputket) CNTs ja Pd / Mo (bambu tyyppi nanoputket) katalyytit. MgO valmisteltiin hajoamisen Mg 2 (OH) 2 CO 3 450 º C 6 h [31]. SWCNTs Nanoputket Vesiliuokset Co (NO 3) 2 0,6 H 2 0 ja (NH 4) Mo 6 O 24. H 2 O valmisteltiin ja sekoitetaan MgO tukea Co: Mo moolisuhde 03:02 jälkeen kuivaamalla uunissa 80 ° C. Kuivatut edeltäjä jauhe oli sitten hehkutetaan 550 º C. 0,3 g katalyytti sijoitetaan kvartsi putki ja kuumennetaan 800 º C vähentää ilmapiirissä H 2 / Ar virtausnopeudella 300 ml min -1 30 min . Metaani on sitten syötetään putkea virtausnopeudella 50 ml min -1. Kasvun aika SWNT muodostumista asetettiin 60 min, jonka jälkeen uuni oli jäähtynyt huoneenlämpöön. Saada puhdasta SWNT materiaalia, kuten valmisteltu materiaali oli hoidettu 6 M HNO 3 ja oli pestä vedellä katalysaattori. Putken tyyppi MWCNTs Vesiliuokset Co (NO 3) 2 0,6 H 2 0 ja (NH 4) Mo 6 O 24. H 2 O valmisteltiin ja sekoitetaan MgO tukea Co: Mo painosuhde 03:04 jälkeen kuivaamalla uunissa 80 ° C. Kuivatut edeltäjä jauhe oli sitten hehkutetaan 550 º C. 0,3 g katalyytti sijoitetaan kvartsi putki ja kuumennetaan 800 º C vähentää ilmapiirissä H 2 / Ar virtausnopeudella 300 ml min -1 30 min . Metaani on sitten syötetään putkea virtausnopeus 200 ml min -1 kanssa H 2 / Ar virtausnopeus 100 ml min -1. Kasvun aika MWNT muodostumista asetettiin 60 min, jonka jälkeen uuni oli jäähtynyt huoneenlämpöön. Saada puhdasta MWNT materiaalia, kuten valmisteltu materiaali oli hoidettu 6 M HNO 3 ja oli pestä vedellä katalysaattori. Bamboo Tyyppi MWCNT Vesiliuosta Pd (NO 3) 2. XH 2 O ja (NH 4) Mo 6 O 24. H 2 O oli sekoitettu MgO tuki, jonka jälkeen sonication 30 min ja kuivaus. Kuivatut edeltäjä jauhe oli sintrattu 500 º C 6 h. 0,3 g katalyytti sijoitetaan kvartsi putki ja kuumennetaan 900 º C vähentää ilmapiirissä H 2 / Ar virtausnopeudella 300 ml min -1 30 min. Metaani on sitten syötetään putkea virtausnopeus 100 ml min -1. Kasvun aika BCNTs muodostumista asetettiin 30 min, jonka jälkeen uuni oli jäähtynyt huoneenlämpöön. Saada puhdasta BCNTs materiaalia, kuten valmisteltu materiaali oli hoidettu 6 M HNO 3 ja oli pestä vedellä katalysaattori. SCF Grown Nanoputket SCF kasvanut nanoputkia laadittiin MgO tuettu 3 WT.% Co ja 4 WT.% Mo katalysaattori [20]. Tyypillisessä SCF laskeuman kokeilu, 0,5 g CO / MgO katalyytti sijoitetaan korkeapaine reaktori (Inconel 625 GR2-Snap-tite, Inc.), ja oli vähentää käyttämällä H 2 / AR (V / V = 20 / 180 ml min -1) 750 ° C 30 min. CO kuten hiilen lähde oli ensimmäisen kerran lisätään 450 ml ruostumaton teräs säiliö 40 ° C lämpötila kontrolloitu vesihauteessa. Läpi järjestelmä perustettiin yhdistämällä Imu-ja pakoventtiilien hiilen lähde säiliö, johon kuului mäntä, että 260 ml ISCO ruiskupumpulla ( Lincoln , NE ) Ja reaktioastiaan vastaavasti. Takaisin paineensäädin ylläpitää järjestelmää vakiopaineessa ja ohjataan virtauksen CO järjestelmän kautta. Reaktioaika oli asetettu 60 min. Kun reaktori oli jäähtynyt huoneenlämpöön, hiili / katalysaattori jauhe hoidettiin 6M HNO 3. |
Alan päästöjen ominaisuudet Saat alan päästöjen kokeita korkea sähköinen potentiaali (jopa 250 V) sovellettiin välillä CNT ja laskuri elektrodi. TEM-SPM setup mahdollistaa tarkan säädön ja mittaus aseman CNT suhteessa anodi ja muut ympärillä oleviin esineisiin (kuva 2a). Paikallinen kenttä arvioitiin käyttäen  [21], jossa  on sovellettu potentiaalia,  on interelectrode etäisyys,  on kenttä lisälaite tekijä. geometrinen kenttä lisälaite tekijä γ varten nanoputkia määritettiin niiden pituus L ja säde r γ = (0.87L / R + 4.5) [32,33]. Meidän tapauksessamme kenttä lisälaite kerroin yli 100 suurimman nanoputkia tutkitaan paitsi CVD kasvanut putki kuten MWNTs joille γ = 20 (Taulukko 1). Kuva 2b ja taulukko 1 osoittaa vertailu alan päästöjen virtaukset funktiona paikallisen kentän kaikki tutkitut tyyppisiä hiilinanoputkien.  | Kuva 2.) TEM kuva CVD kasvanut monikerroksinen hiilinanoputken aikana alan päästöjen mittaukset; b) nykyinen riippuvuus paikallisista alan erityyppisiä CNT. Solid linjat ovat varustettaviksi Fowler-Nordheim teoria laskettu työ-toiminto 8,1 eV bambu kuin nanoputket ja toisille - 5.1 eV. |
Tyypillisesti alan päästöt MWCNT kasvaneet Co / Mo katalysaattori settiä paikallisella aloilla 1.5-4.1 V / nm (taulukko 1) ja tyydyttynyttä paikallisella aloilla 3,0-4.6 V / nm, joka on verrattavissa kirjallisuuden tietoja Moniseinämäiset hiilinanoputket [21]. Meidän tietoja CVD kasvanut SWNTs ole täynnä ja täynnä C 60 molekyylejä osoittaa, että alan päästöjen alkaa lähes identtinen jännitteet kuin havaittu MWNTs. Kaupalliset CVD kasvanut nanoputkia (Aldrich) ja MWCNTs kasvanut romaani Ylikriittinen (SCF) laskeuma menetelmä näytteille lähes identtinen alan päästöjen ominaisuudet kuin kasvanut CVD menetelmää Co / Mo katalysaattori (Kuva 2b). Alan päästöjen ja johtavia ominaisuuksia CNTs vaikuttavat aste grafitointia [34]. Mukaan havainnot, tilanne on monimutkaisempi. Raman radiotaajuuksia CVD kasvanut SWCNTs ja SCF kasvanut nanoputkia (kuva 3) osoittaa eron G ja D bändi korkeuden suhde. G ja D bändit vastaavat SP 2 (johtavien rakenteiden) ja sp 3 (nonconductive rakenteet) liimaus CNTs. Vaikka G / D bändin suhteen ja seurauksena korkeampi grafitointia on havaittu CNTs kasvaneet Co / Mo katalysaattori, emme noudata merkittäviä todetut erot vuonna alan päästöjen ominaisuudet CVD ja SCF kasvanut nanoputkia. G / D suhde bambu kaltaisia rakenteita on jopa enemmän kuin CVD kasvanut SWCNTs kuitenkin kenttä päästöt bambu muotoinen MWCNTs kasvaneet MgO tuettu Pd / Mo vauhdittajana CVD menetelmä määrittää jopa paljon suurempi paikallisten kenttien 7-8 V / nm (kuva 2b).  | Kuva 3. Raman spektrit CVD-kasvanut yhden seinän CNTs laatima metaani hajoamisreaktioiden 800C, ja SCF-kasvanut monikerroksinen CNTs jonka CO epäsuhta klo 750C. |
Riippuvuus nykyisen paikallisista kenttä saadaan kaikki tutkitut nanoputkia asennettu hyvin Fowler-Nordheim malli (ks. kuva 2b yhtenäiset viivat), jossa todetaan, että nykyinen (I) kohti aiheuttaja vaihtelee paikallisten kenttä aiheuttaja pinta-alasta ( ) [36,37]:  (1) missä Φ on työ-toiminto, V on jännitteen ja d on interelectrode etäisyys. Kaikkien nanoputkia, paitsi BCNTs, alan päästöjen ominaisuudet sopivaksi Fowler-Nordheim malli kun arvo työtä tehtävänä grafiitti 5.1 eV [5] on käytetty. Erikoinen paikallinen alalla tarvitaan päästöjä BCNTs tarvitaan työtä toiminto arvo 8,1 eV käytettäväksi. Liittymissä näissä BCNTs todennäköisesti vaikuttaa tehokkaasti L / R-suhde, joka määrittää kentän lisälaite tekijä, jolloin päästöjen raja kentät suurempi. Keskimääräinen alan päästöjen virtaukset olivat määritetty kylläisyyttä (ks. taulukko 1) ja vaihteli 10 nA 500 nA varten CVD kasvanut putki kuten MWCNTs, 100 nA 1,5 μA varten BCNTs, ja 150 nA 2 μA varten SCF kasvanut MWCNTs. Kaupallisesti saatavilla (Aldrich) MWCNTs näyttely korkeampi alan päästöjen virtaukset - jopa 10 m A. Aikaisemmin ilmoitetut arvot alan päästöjen kylläisyyttä virtaukset ja CVD kasvanut nanoputkia vaihteli erittäin suuri aikaväli 2 Na 9 μA [19]. Alan päästöjen kylläisyyttä virtaukset ja CVD kasvanut SWCNTs vaihteli 100 nA 5 μA tyhjien ja enintään 10 μA C 60 täynnä SWCNTs. Aikana alan päästöjen karakterisointiin yksittäisiä nanoputkia alan päästöjen virtaukset at kylläisyys oli vaihdellut ajan noin 50% keskiarvoja, samanlaiset kuin aiemmin [38]. Taulukko 1. Alan päästöjen ominaisuudet CNTs kasvanut eri olosuhteissa. | Päästöjen käynnistyy paikallisen kentän, V / nm | 1,5-4,1 | 3,0-4,9 | 3.5-0.4 | 4,5-5,5 | 2.5-4.5 | 80-10 | Kenttä emissiovirran, m | 0.01-0.5 | 0,1-5.0 | 0,1-10.0 | 5-15 | 0.15-2,0 | 0,1-1.5 | yhteydessä | yhteydessä | asteittaista tuhoutumista | asteittaista tuhoutumista | yhteydessä | kosketuksiin, asteittaista tuhoutumista | Kenttä lisälaite tekijä | 20 ± 5 | 110 ± 30 | 90 ± 10 | 105 ± 15 | 135 ± 30 | 150 ± 30
Date Added: Nov 14, 2007
Last Update: 9. October 2011 17:29
|
|