Углеродные нанотрубки (УНТ) - это аллотропы углерода, имеющие цилиндрическую сотовую форму с нанодиаметром.

Многочисленные свойства УНТ, такие как механическая прочность, эластичность, легкость, электро- и теплопроводность, делают их наиболее перспективным материалом.

Многие отрасли промышленности, включая электронику, медицину, хранение энергии, сенсоры и многие другие, используют УНТ в большом количестве. Растущий спрос оказывает постоянное давление на повышение масштабов производства УНТ.

Такое крупномасштабное производство УНТ стало основной проблемой, препятствующей их применению. 

Решение проблемы:

Обычно ученые предпочитают выращивать леса УНТ, а не выращивать их по отдельности. Леса УНТ представляют собой вертикально выровненные массивы УНТ, которые собираются самостоятельно.

Обычно это осуществляется в процессе химического осаждения из паровой фазы в присутствии фиксированного катализатора на подложке, которая впоследствии отделяется от леса CNT для получения материала высокой чистоты.

Хотя этот процесс имеет массу достоинств, единственной серьезной проблемой является его продолжительность.

До сих пор исследователям удавалось вырастить лес CNT до 2 см, используя катализаторы, такие как железо (Fe) на основе оксида алюминия (Al2O3) (длина CNT играет важную роль, когда речь идет о ее свойствах, поэтому необходимо учитывать этот аспект).

Это влияет на его промышленную ценность, ограничивая предложение и повышая стоимость материала. 

Было сделано революционное открытие, которое полностью изменило игру.

Недавно группа ученых из Японии с помощью нового подхода зафиксировала длину леса CNT до 14 см. Их исследование было недавно опубликовано в журнале Carbon. 

Хисаши Сугиме, доцент Университета Васэда, и его команда обнаружили, что УНТ перестали расти из-за постепенного структурного изменения катализатора (Fe-Al2Ox), который использовался ранее.

В основном, плотность УНТ, которая зависит от количества активных катализаторов, недостаточна для поддержания самоподдерживающейся структуры, рост леса прекращается.

Поэтому используемый катализатор должен оставаться структурно и химически стабильным. 

Их подход заключался в изменении техники, чтобы подавить эту нестабильность.

Они добились этого, добавив слой гадолиния (Gd) к ранее полученному катализатору, покрытому кремниевой подложкой n-типа.

Слой гадолиния помог предотвратить разрушение катализатора и, в свою очередь, позволил вырасти лесу CNT на 5 см.

Далее, чтобы добиться желаемой длины, они держали катализатор в камере, называемой камерой химического парофазного осаждения (CVD) в холодном газе.

Катализатор подвергался предварительной обработке путем поддержания температуры до 750°C и подачи небольших концентраций паров Fe и Al при комнатной температуре.

Это помогло сохранить структуру катализатора в течение 26 часов, что в свою очередь способствовало росту леса УНТ.

После тщательного анализа они смогли успешно зафиксировать длину леса CNT на 14 см. 

Их достижение открыло новые горизонты для развивающихся отраслей промышленности. Этот замечательный прогресс расширил аспекты применения УНТ.

Это может изменить подход к нанотехнологиям и нанонауке для будущих исследований. 

Чтобы прочитать полный текст опубликованной научной статьи, перейдите по ссылке DOI ниже. 

Ссылка

Хисаси Сугиме, Тосихиро Сато, Рей Накагава, Тацухиро Хаяси, Йоку Иноуэ, Сугуру Нода. Сверхдлинный лес углеродных нанотрубок с помощью добавок in situ источников паров железа и алюминия. Углерод, 2020; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066

Если вы являетесь исследователем из области нанотехнологий, мы поможем вам создать инфографику на смежные темы в Mind the graph.

Похожие статьи
логотип-подписка

Подпишитесь на нашу рассылку

Эксклюзивный высококачественный контент об эффективных визуальных
коммуникация в науке.

- Эксклюзивный гид
- Советы по дизайну
- Научные новости и тенденции
- Учебники и шаблоны