カーボン Nanotube の粉、 Bucky ペーパーおよび縦に一直線に並べられた Nanofibers の湿潤性を合わせます

CNT の原料はメタンの化学気相堆積によって大学付属のコルクで (CVD)作り出されました 3)₂^.6HO₂ および (NH₄) MoOHO₆₂₄^.₂ および解決は 30 分の間超音波で分解され、 100 ºC で夜通し乾燥しました。 乾燥された粉は 100 つの ml Min. の流動度の管にメタン 30^-1 Min. のの 200 の ml 分の流動度の 450 2/Ar でそれから入れられました焼結しました。^-1 CNTs の形成のための成長のピリオドは 60 分の 800 ºC でセットされました、そのあとで炉は室温に冷却されました。 CNTs を浄化するためにはように準備された触媒/カーボン混合物は 3 つの M HNO と扱われ、₃ 水によって触媒を除去するために洗浄されました。

一直線に並べられた MWCNT はの血しょうによって高められた沈殿によっての作り出されました [25]。 MWCNT は NI の薄い触媒 (~5nm) の層の援助が付いている Si の基板の上に in-situ 育ちました。 アンモナル (NH) へのアセチレン (CH) の 1:4₂₂ および ~0.5-1.5 μm の₃望ましい高さを達成するために 680°C の成長の温度のガスの流れの比率を使用してこれらの MWCNT は 25mins への 10 の間で育ちました。 成長プロセスの間に MWCNT を一直線に並べるための電界を維持する 600V の DC 血しょうバイアスは応用です。

プロジェクトの間に、 2 つの血しょう処置システムは造り上げられました。 最初に、管リアクターは、図 1. で図式的に示されていて使用されました。

リアクターは高周波発電機 (13、上流の液体窒素のトラップおよび圧力コントローラがが付いている真空ポンプ装備されています。 発電機は 10 と 600 W. 間の入熱を可能にします。 流れのコントローラは 1 つの単量体のガスまたはガスの混合物が付いている 100 まで sccm のガスの流れにセットすることができます。 ガスの流れはサンプルを水平に渡ります。 ポンプ施設管理はおおよそ 0001mbar の処置前に基礎圧力を可能にします。 見つけられたパラメータセットはサンプルへのガスの流れの垂直の図 2 で描写されたより定義された平行版血しょうシステムにそれから転送されました。

この対称リアクターは 40×30 cm のサイズの 2 つの平らな平行電極から成っています²。 用いられたセットアップで血しょうは頻度 1356 の MHz ので ENI ACG-6B 血しょう発電機および適した ENI MWH-5 のインピーダンス・マッチング^® ネットワーク (MKS の器械ドイツ Gmbh ミュンヘン^® /ドイツ) の使用によって capacitively (RF) つながれました。 上部の電極は RF により低い 1 つが基づいている間、接続されました。 このリアクターのより多くの細部は他の所で見つけることができます [26]。

スキャンの電子顕微鏡検査 (SEM; エネルギー分散 X 線分光学 (EDX) と組み合わせたレオ 1530 VP が) 原料および作り出された bucky ペーパーの形態学上の構造を査定するのに使用されました。 ラマン分光学は 6328 nm および 488 nm の放出の 2 つのレーザーが、装備されている、 Ntegra スペクトル [NT-MDT] と - 1 遂行されました。

N 吸着₂等温線は重量測定方法 (IGA システム Hiden 分析的な株式会社) によって 77 K で測定されました。 吸着測定は 3h のための 373 の K そして 1 つの mPa の nanotube のサンプルの preevacuation の後で遂行されました。 nanotube のサンプルは比表面積領域の計算を可能にするかどれが DIN ISO 9277 に従って賭方法によってタイプ II かタイプ IV の動作を示します。

表面の分析の調査は DLD 探知器が装備されている Kratos の軸線システムを超用いる XPS/ESCA によって行われ、このセットアップの白黒 AlKaDetails は他の所で記述されています [26 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000E0000005F005200650066003100370036003200330032003000360034000000 、 27 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000E0000005F005200650066003100370036003200330032003000370036000000

生産プロセスの間に、カーボン nanotubes は頻繁にカーボン nanotubes および無定形カーボンでカプセル化される残りの小さい触媒の nanoparticles と混合される紛糾させた CNTs の普通大きい集塊を、形作ります。 図 3 は CVD 方法によって作り出される MWNT および SWNT の原料の SEM 図を表します。 よく、安定した bucky ペーパーを得るためには、それらの集塊は CNTs または CNT の束を選抜するように、理想的に壊れなければなりません。

プロセスパラメータはまた得られた CNT 材料の比表面積領域に影響を及ぼすことができます。 N 吸着測定₂から次の値は得られました:

比表面積領域は SWNT- および MWNT 粉で測定しました。

カーボン nanotube シート (bucky ペーパー) の生産は Rinzler によって SWNT の原料の浄化の間に 1 つのステップとして最初に [28] 等記述されていました。 bucky ペーパー生産に影響を及ぼす図 4. の図式的な眺めで示されている生産のステップに沿ってパラメータの組織的最適化は行われました。

CNT の粉の 500 mg までの最終的に作り出された bucky ペーパー (150 の mm の直径までのペーパーは作り出すことができます) 40 mg のサイズそして厚さによって超音波援助を使用して 1% 水様 SDS (ナトリウム dodecyl 硫酸塩) の解決で分散させました。 またトリトン X のような他の tensides は使用することができますが、 SDS はより有効ようです。 超音波援助は不可欠集塊を分割するためにです。 それは超音波先端がより有効そして超音波浴室であること示すことができます。 処置 16 時間のまでの浴室によってよい分散に必要ですしかし処置はより穏やかです。 超音波先端 (直径 7 つの mm) の典型的な処置の時間によって 30min はあります。 より長い処置の時間は光子の相関関係の分光学によって査定されるように CNTs の短縮に導きます。 大きく、 undispersed 粒子を除去するためには、 15 分の連続した遠心分離は 5000 rpm 推薦されます。 得られた CNT 中断は 045 の µm のポリカーボネートフィルター膜を使用してそれからフィルタに掛けます。 また他の膜材料は PVDF、 PTFE の PES を好みますまたはナイロンは適しています。 しかし私達の観察は新たに準備された bucky ペーパーの皮をむくパソコンの膜からのそれですより容易です。 ろ過は真空か高圧ろ過によってすることができます。 図 5 は両方のろ過技術の写真を示します。

図 6 で得られた bucky ペーパーの写真とともに 2 つの SEM 映像は示されています。 左の部分は悪いパラメータセットと作り出される BP の映像を示します。 超音波処置は分散がろ過前に完全に遠心分離機にかけられなかったどんなに管を短くすることでした。 それは大きい CNT の集塊が壊れやすいシートへ bucky ペーパーに導くことを支配することはっきり見ることができます。 最適化されたパラメータによって CNTs および CNT 束のよいもつれおよび安定した bucky ペーパーは得ることができます。

作り出された bucky ペーパーのほとんどは電気機械の特性 (作動パフォーマンス) [2930] 分析するのに使用されました。 のこのアプリケーションのためにしかしまた TCD で遂行されるセル耕作 [31 冷水がより少なく有効である一方超過分 SDS を除去する bucky ペーパーが 5 回湯 150 の ml のの熱洗われなければならないことを] のための基板として bucky ペーパーの使用はっきり示して下さい。

Bucky ペーパーの作動パフォーマンスを測定するか、またはセルの機能を高めるために電解物はそれで解決し、増殖する必要となります [32]。 血しょう処置に CNT の網への電解物の即刻の wetting そしてよりよい浸透のよる bucky ペーパーの hydrophilization は原因となるべきです。

血しょうを最適化するためには複数のパラメータを血しょうゾーンの実行中種の種類そして量の影響が原因で考慮されなければなりません処理して下さい。 図 7 は最も重要な物を要約します。

私達は単量体のガス、力、ガスの変化および処置の時間の影響を調査しました。 血しょう functionalization の査定は X 線の光電子分光学 (XPS/ESCA) によって主に行われました。 図 8 典型的な SWNT の C1s スペクトルでは、 MWNT および血しょうによって扱われる MWNT は示されています。 SWNT の bucky ペーパーはアーク放電の原料からこの場合なされました。 酸素の機能性の機能拡張に帰因するおよそ 287 eV の追加ピークは SWNT 材料のためにより顕著です。

文献の異なったアプローチでカーボン nanotubes の C1s のピークの deconvolution に関して論議されました。 一部は高エネルギーの結合サイト [33、 3435] でテールを搭載する 2846 eV で大きいピークのために sp- と sp カーボンの間で 284,6 eV (C1)² と 285,1³ eV でグラファイトのピークの形を、他区別します (C2)、それぞれ使用します [3637]。 結合エネルギーの高いより 290 の eV が付いているピークは pp 38 として]、と同時に O=C-O-C=O/炭酸塩 [39] 解読されましたりまたは無視された [40]。 2867 eV (C3) の 2879 eV に (C4) および血しょう酸化が C-O (アルコール/エーテル) に一般に C=O (keton/aldehyd) および O-C=O の (carboxyl/エステル) グループが帰因した後現れる 2892 eV (C5) 集中する 3 つの主要なピーク、

血しょうによって誘導される修正の六角形の層の役割を調査するためには私達は窒素、 N/O (50:50)、および酸素血しょう₂₂ と扱われる MWNT および SWNT 材料をそれぞれ比較しました。 血しょう力は 10 W にセットされ、応用処置の時は 10 秒か 10 分、それぞれでした。 得られた元素構成は表 2. で与えられます。

SWNT および MWNT 材料の元素構成の比較後高められた酸化潜在性および 2 つの処置回の異なった血しょう処置。

期待どおりに、血しょうのより長い処置の時間そしてより高い酸化潜在性はより高い酸素分の原因となります。 酸素分をそれを吟味することはいずれの場合も酸素の functionalization の程度が MWNT 材料のより SWNT 材料のために高いことなお完了することができます。 これは XPS の情報深さによって説明することができます。 MWNT 材料の functionalization は一番外の 1-3 の CNT 層にだけ発生します。 XPS (およそ 5-10nm) の情報深さは MWNTs のための減らされた O/C 比率に終って非修飾内部シェルが、余りに含まれています。

酸素の機能性は N の血しょう処置の後で大幅に改善されました₂ (5.1 から 15.7 at% まで増加する SWNTS のために; MWNTs のために窒素の結合が穏健派 (0.5 から 2.5 at%) だった一方、 2.5 から 13.2 at% まで) 増加しました。 酸素のこの重要な通風管は多数の欠陥を血しょう処置の間に生成されたと考慮することによって説明することができます。 六角形の格子の欠陥の導入は酸素を吸着することができる非常に非常に反応サイトを表面に残します。

高い血しょう力および処置の時間はまた CNTs のはじめの幾つかの表面層の酸素の機能性しかもたらし、無定形カーボンを取除き、完全な焼却まで nanotubes を破壊して効率的でしたが (次のセクションまた見て下さい)。 これは Ar/O 血しょうの処置の前後に MWNTs の bucky ペーパーで測定される比表面積領域の減少に一致して₂ あります。 原料に 368 ± の比表面積領域が 3 m/g 原始的の²およびある一方血しょうによって扱われる bucky ペーパーは 203 ± の値を 2 m/g および²それぞれ 188 ± 2 m/g² 示します。 従って非結晶カーボン関連不純物をエッチングすること最適化された条件の下の血しょう処置はできる浄化プロセスとして役立つことができます。

より穏やかのをまた酸素と慎重な治療後の酸化に先行している窒素血しょうの使用によってしかし有効な hydrophilization 達成することができます。 ここでは、 nanotubes は電子スピン共鳴によって査定されるようにかなりの基に、導く窒素血しょうによって作動します (ESR)。 酸素が付いている血しょうリアクターの連続した氾濫は nanotube の表面で形作られる基が付いている biradical 酸素の反作用を可能にします。 この方法と扱われる bucky ペーパーは 10° の下で即刻の wetting および接触角をまた示します。

最初に金によって塗られたシリコンの薄片の低下の乾燥した技術によって沈殿した血しょう処置は紛糾させた CNTs で遂行されました。 図 9 の左側はさまざまな条件の酸素血しょう処置が右側の表電子分光学の化学分析によって得られる元素構成を要約した後紛糾させたサンプルの光学顕微鏡写真を示します (ESCA)。 すべての実験は水平の管リアクターで遂行されました。 このリアクターの中では強い酸化が 50 W. ことをのプロセスガスそして力として酸素の使用によって発生することは明確です。 50 W の 5 分の処置の後で CNT のコーティングは焼き払いでした。

続いて Si の基板で育った端の開始の目標と縦に一直線に並べられた CNTs の血しょう処置は遂行されました。 上の成長のメカニズムが原因でニッケルの触媒は実験が平行版リアクターで行われた SEM 映像に白い点として見られる CNTs の先端にあります。 より大きい血しょうゾーン、 2 が原因 管リアクターのそれと比較されるより小さいです。 異なった単量体のガスは酸素窒素の水素の水、またアルゴン/酸素および水素/酸素混合物を含んで査定されました。 力の役割 (10 W の 50 はまた W) ガスの変化圧力および処置の時間 (10 秒間でおよび 10 分) 調査されました。 私達は CNTs を開くために必要な粗い処置がひどく CNTs の形そして縦のアラインメントを破壊していたことが分りました。 図 10 現在典型的な SEM の画像。

私達は酸素血しょう処置が 60 秒の短い処置の時間の後でさえも縦のアラインメント構成の重要な中断の原因となることが分りました。 ₂長い時間が₂₂同じ有害な効果を示す一方 Ar/O- および H/O 混合物は管の形の強い変化なしで秒およそ 60 まで加えることができます。 分子窒素によって作り出されたそれらのような減らされた酸化潜在性を用いる血しょう処置は 10 Min. の後でさえも不変の垂直 CNT 構成で起因しました。

塩酸のような酸解決は血しょうによって扱われる SWNTs [41] の開始を助けるために示されていました。 血しょう処置は nanotube の壁の破壊の、原因となります、