Наблюдение рождения углеродных нанотрубок

Рост углеродной нанотрубки Рост углеродной нанотрубки

Исследуя растворение нантрубки в находящемся внутри нее металле ученые создали метод управления размерами нанотрубок. Имеющиеся методы производства углеродных нанотрубок (УНТ) приводят к рождению нанотрубок с различным диаметром, длиной, хиральностью и электронными свойствами, упакованных связками и часто смешанных с некоторым количеством аморфного углерода. Разделение нанотрубок по определенному свойству остается нерешенной технической проблемой. Особенно проблематична сортировка одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ), потому что состав и химические свойства ОУНТ различных типов очень подобны, делая обычные методы разделения неэффективными. Для того чтобы найти способ управлять диаметром и хиральностью нанотрубок, необходимо контролировать рост нанотрубок. Если бы было известно, как вырастить нанотрубки с определенными характеристиками, то можно было бы управлять их электронными свойствами, потому что, в зависимости от хиральности электронные свойства изменяются от металлического до полупроводникового. Международная группа исследователей продемонстрировала новый подход, использующий нанотрубки как реакционные ячейки и позволяющий контролировать рождение и рост углеродных нанотрубок, и получила изображение этого процесса. Образование зародыша – «рождение» – как первый и самый важный шаг роста нанотрубок, никогда не было доступным для наблюдения, и эта начальная стадия роста была полностью отдана на откуп теоретическому моделированию. «Моделирование начальных стадий роста УНТ имело тенденцию игнорировать диффузию твердого углерода через катализатор, потому что энергетический барьер для такого перемещения выше, чем по металлической поверхности или по границе металл-графит  — говорит доктор <a href=”http://materials.ipicyt.edu.mx/english/mauricio/ ”>Маурицио Терроунс (Mauricio Terrones) — "В наших последних экспериментах мы не только продемонстрировали, что твердотельная диффузия действительно влияет на рост нанотрубок, но и сумели наблюдать впервые процесс роста со стадии образования зародыша.» «Я полагаю, что это вернет сценарий УНТ-роста с помощью твердотельной диффузии в центр внимания снова, подтвержденное экспериментами ТЭМ с высокой разрешающей способностью, после того, как многочисленные теоретические работы рассматривали поверхностную диффузию как главный процесс роста УНТ» — добавляет Хулио А. Родригес-Манзо (Julio A. Rodríguez-Manzo). Терроунс вместе с членом его группы и Гарольдом Крото (Harold Kroto) и Банхартом (Banhart) опубликовал отчет о полученных данных в майском выпуске журнала Природные Нанотехнологии (Nature Nanotechnology) («In situ образование зародыша углеродной нанотрубки при вводе углеродистых атомов в металлические частицы» («In situ nucleation of carbon nanotubes by the injection of carbon atoms into metal particles»)). А. Родригес-Манзо— первый автор статьи. В своих экспериментах исследователи создали УНТ вводом атомов углерода в тело наночастицы каталитически активного металла. В частности, они использовали МУНТ, заполненную металлами (например, Fe, Co, Ni, FeCo) как реакционную ячейку, и затем применили новый подход, который состоит в облучении образца с быстрыми электронами (в ТЭМ) при 600°C. Этот поток электронов заставляет углеродные атомы из УНТ-оболочки перемещаться, и некоторые из этих перемещающихся атомов попадают внутрь металлической частицы, заключенной в нанотрубке. «Поскольку вводится все больше углеродных атомов, по прошествии некоторого времени, нанотрубка (одностенная или многостенная) начинает расти на металлической частице,  — говорит Терроунс. — Мы отметили, что металлическая частица действует как "тюбик пасты», из которого введенные углеродные атомы выдавливаются в форме цилиндрической углеродной трубки. Интересно, что металлическая частица всегда кристалл, и поэтому углеродные атомы диффундируют через твердый металл. " Первоначально, Терроунс и его коллеги хотели изучить взаимодействия между металлическими частицами и углеродными атомами, перешедшими из стенки нанотрубок. Один из ученых, Хулио Родригес-Манзо, аспирант, непрерывно наблюдая образец в течение долгого времени (больше 90 минут), отметил, что начала расти нанотрубка. «Это наблюдение стало возможным, потому что Хулио был достаточно терпелив, чтобы ждать у микроскопа, надеясь, что что-нибудь случится, и действительно случилось нечто захватывающее, " — говорит Терроунс. Наблюдения указывают, что механизм роста УНТ не меняется при смене катализатора, будь то Fe, Co, Ni или FeCo. Наиболее разумное объяснение результатов состоит в том, что углеродные атомы, которые служат сырьем для дальнейшего роста нанотрубки, поступали непосредственно в кристаллическую каталитическую металлическую частицу от графеновых стен первоначальной МУНТ в течение облучения электронами, с последующей диффузией через металл к полусферической области поверхности, от которой росла новая нанотрубка. Эксперименты также продемонстрировали, что растущая УНТ соединена с металлическим кристаллом ковалентными связями. Хотя этот новый процесс формирования нанотрубок отличается от метода химического разложения пара (CVD), обычно используемого для производства нанотрубок, можно предположить, что понимание механизма роста благодаря данным экспериментам коснется и процесса CVD. Терронес указывает, что, если бы они могли бы управлять диаметром металлической частицы и источника поступающих углеродных атомов, они смогли бы управлять ростом нанотрубок и, возможно, также хиральностью. "Мы теперь в состоянии видеть на атомном уровне, как растут нанотрубки,— говорит Терроунс.— Если мы детально поймем рост УНТ, мы тогда сможем делать нантрубки с заданными свойствами. Это будет крупным достижением, и я не сомневаюсь, что управление хиральностью УНТ будет достигнуто в ближайшем будущем.»

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 2.3 (4 votes)
Источник(и):

http://www.nanowerk.com/…tid=1913.php



Категории статьи